Europa stelt Einsteins relativiteit op de proef

Dat tijd niet overal even snel gaat, mag dezer dagen niet meer als een verrassing komen. Volgens Einstein is er zoiets als ruimtetijd, en heeft zwaartekracht invloed op het tijdsverloop. Hoe dichter een object zich bij een ander object met veel zwaartekracht bevindt, hoe trager de tijd voor dat object zal gaan in de ogen van buitenstaanders. Andersom zal jij vanuit je buitenverblijf nabij een zwart gat tijd als normaal ervaren terwijl iedereen buiten de invloedsfeer van het zwarte gat erg snel lijkt te gaan.

Mislukte lancering

De Europese ruimtevaartorganisatie gaat die theorie nu aan haar uitgebreidste test ooit onderwerpen, al had de ESA het graag anders gezien. Voor de test worden twee satellieten ingezet: Galileo 5 en 6. Allebei moesten ze in principe deel uitmaken van de Galileo-constellatie die momenteel in positie wordt gebracht. Galileo is Europa’s antwoord op het Amerikaanse GPS-systeem.

Beide kunstmanen bevonden zich na een mislukte lancering bovenop een Soyuz in augustus vorig jaar echter in een elliptische baan rond onze aardbol, en dat maakte ze waardeloos als positiebepalingssateliet. ESA bleef niet bij de pakken zitten en probeerde om Galileo 5 en 6 naar een alsnog bruikbare baan om de aarde te manoeuvreren. Momenteel lijkt dat gelukt te zijn, al moeten de Europese Commissie en ESA nog bepalen of de ruimtetuigen ook praktisch bruikbaar zijn.

Geluk bij een ongeluk

“In tussentijd zijn de satellieten per ongeluk extreem nuttig geworden als wetenschappelijks onderzoeksmiddel”, aldus Javier Ventura-Traveset van de ruimtevaartorganisatie. “Ze kunnen nauwkeuriger dan ooit meten wat voor impact zwaartekracht heeft op tijdsverloop.

Ondanks de aanpassing van de initiële baan blijven de twee satellieten in een eliptische baan om de aarde. Iedere dag stijgen en dalen ze zo’n 8500 kilometer ten opzichte van de aarde. Dat hoogteverschil brengt een verschil in zwaartekracht met zich mee. Dat verschil zorgt er voor dat de klok van Galileo niet altijd even snel loopt relatief ten op zichte van klokken op de begane grond.

Probe A

Dat de theorie klopt, dat weten wetenschappers al met zekerheid sinds Gravity Probe A. Die Probe was in essentie een atoomklok die in 1976 10.000 kilometer hoog werd geschoten. De klok toonde een tijdsverschil en de theorie was experimenteel bewezen. Met de grote en geavanceerde atoomklokken aan boord van de satellieten kunnen wetenschappers nu nauwkeuriger dan ooit bepalen wat de impact van zwaartekracht op tijd is.

Het onderzoek zal geleid worden door twee teams van respectievelijk het ZARM-centrum in Duitsland en het Franse SYRTE. Een jaar lang zullen metingen uitgevoerd worden, zodat de relatie zwaartekracht-tijd nauwkeuriger dan ooit berekend wordt. ‘Waarom is dat belangrijk?’, vraagt de sceptische lezer zich misschien af. Een concreet voorbeeld bewijst het praktisch nut van dergelijke kennis. Met dank aan Gravity Probe A zijn de klokken van onder andere het huidige GPS-systeem gekalibreerd voor een klein tijdsverschil. Per dag verschilt de tijd in hun banen om de aarde met één tiende van een microseconde, genoeg om de precisie van het systeem per dag met tien kilometer te verminderen.

Praktisch relevant

Of Galileo 5 en 6 in de toekomst hun rol als navigatiesatelliet zullen opnemen, blijft dus in het ongewisse, maar de lancering is met het nieuwe experiment op z’n minst niet meer een totale mislukking.