Aktualności

Podpisanie umowy z ESA na badania efektu precesji geodezyjnej i wleczenia układu odniesienia z wykorzystaniem satelitów Galileo, GPS i GLONASS

09-08-2021

UPWr podpisał kolejną umowę na badania nad wpływem efektów relatywistycznych na orbity satelitów GNSS. Tym razem dwa parametry Keplerowskie zostaną wzięte pod lupę: kąt inklinacji, który opisuje nachylenie płaszczyzny orbity względem równika ziemskiego oraz rektascensja węzła wstępującego, która opisuje orientację punktu przecięcia się płaszczyzny orbity z płaszczyzną równika względem punktu ekwinokcjum wiosennego, tzw. punktu barana.

Precesja geodezyjna jest efektem relatywistycznym. Precesji geodezyjnej nie należy mylić z precesją geometryczną figury Ziemi, która wynika z oddziaływania grawitacyjnego Słońca i Księżyca i powoduje m.in. powolne przesuwanie się gwiazdozbiorów zodiaku na ekliptyce (np. punkt barana znajduje się obecnie w gwiazdozbiorze ryb, a wszystkie gwiazdozbiory przesunięte są o jeden cykl względem położenia w starożytności). Precesja geodezyjna, opisana po raz pierwszy przez De Sittera w 1916 roku, wynika z ogólnej teorii względności, która przewiduje zmianę położenia węzła wstępującego za sprawą zakrzywienia czasoprzestrzeni przez Słońce.

W artykule niedawno opublikowanym przez naukowców z UPWr, okazało się, że precesja geodezyjna powoduje również inne efekty, m.in. zmianę wartości inklinacji satelitów w czasie w zależności od wzajemnego położenia satelity, Ziemi i Słońca. Dotychczas nikt nie potwierdził w sposób doświadczalny tego efektu. Dlatego ESA postanowiła ufundować badania w tym zakresie.

Drugim efektem, który zostanie zbadany w projekcie, jest efekt wleczenia układu, czyli tworzenia się wirów czasoprzestrzennych za sprawą wirujących ciał niebieskich. Efekt został po raz pierwszy opisany przez Lensa i Thirringa w 1917 roku. Dotychczas najdokładniejsze potwierdzenie efektu opierało się o parę satelitów geodezyjnych LAGEOS-1 i LAGEOS-2, a nieco później również o obserwacje satelity LARES (wystrzelonego w 2012 roku). Jednakże satelity LAGEOS i LARES orbitują na tyle nisko (1400 – 5900 km), że są podatne na czasowe zmiany potencjału grawitacyjnego. Do tych satelitów wykonywane są laserowe pomiary odległości, które sprawdzają się w wyznaczaniu radialnych odległości, lecz dostarczają mniej dokładnych danych na temat kątowych parametrów orbit satelitów.

W projekcie ESA po raz pierwszy zostanie wykorzystanych 80 satelitów GPS, GLONASS i Galileo (zamiast 3 satelitów LAGEOS i LARES) do wyznaczenia efektu zmiany węzłów wstępujących w wyniku działania efektu wleczenia układu. Satelity GNSS znajdują się na różnych wysokościach oraz na orbitach kołowych i ekscentrycznych (para satelitów Galileo FOC), do tego są mniej podatne na czasowe zmiany potencjału grawitacyjnego Ziemi, co pozwoli na zwiększenie dokładności potwierdzenia efektu wleczenia układu. Dodatkowo technika GNSS dostarcza najdokładniejszych parametrów kątowych opisujących ruch Ziemi (współrzędne bieguna i zmienność długości doby) za sprawą dużej liczby naziemnych stacji śledzących i aktywnych satelitów. Tym samym, badania mogą dostarczyć znacznie dokładniejszych wyników niż te wcześniejsze oparte o laserowe pomiary odległości do satelitów LAGEOS i LARES.