Erros com satélites permitem testes da Relatividade Geral

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O famoso bordão “é errando que se aprende” tem um fundo de verdade quando o assunto é ciência e tecnologia. No desenvolvimento dessas áreas, erros são até que comuns: uma hipótese falsa aqui, uma medida imprecisa ali, ou mesmo um descuido com unidades de medida – que pode custar bem caro, literalmente! Aqui, veremos como um erro em lançamento de satélite ajudou a testar (ainda mais) a Teoria da Relatividade Geral.

Em 2014, foram lançados dois satélites do sistema global de navegação Galileo (GSAT-0201 e GSAT-0202). A ideia era mantê-los em órbitas circulares, a altitudes estáveis. No entanto, observaram que estes satélites estavam em órbitas elípticas, que eram inúteis para o tipo de trabalho que pretendiam realizar (trabalho de navegação).

Acontece que o erro trouxe uma ótima oportunidade para experimentos envolvendo a famosa Teoria da Relatividade Geral, desenvolvida no início do século XX, graças aos trabalhos de Albert Einstein, Hermann Minkowski e muitos outros. Duas equipes de pesquisa, uma da Universidade de Paris e outra composta por pesquisadores da Universidade de Bremen, acompanharam os satélites que estavam em órbitas erradas, com o intuito de testar aspectos da Relatividade Geral.

Os satélites da Galileo foram colocados em órbitas mais próximas de órbitas circulares (como queriam desde o início), mas ainda assim suas altitudes mudavam significativamente no passar do dia – subiam e desciam cerca de 8.500 km, duas vezes ao dia. As equipes de pesquisa estudaram estes movimentos dos satélites por 3 anos, observando como as mudanças na gravidade alteravam os relógios atômicos dos satélites.

A Relatividade Geral diz que o tempo passa mais devagar perto de objetos com grandes massas. Isso significa que um relógio na Terra deveria marcar a hora de modo mais lento que um em órbita.

A ideia é usar tecnologias de alta precisão (como relógios atômicos) para que relógios estejam inicialmente sincronizados, de modo a verificar se essa sincronia é perdida quando alguns deles estão em órbita e outros na Terra. Esta dilatação temporal é conhecida como desvio para o vermelho gravitacional (gravitational redshift).

Até então, o teste mais preciso sobre o desvio para o vermelho gravitacional havia sido obtido pela missão GPA (Gravity Probe A), na década de 1970, que lançou diversos relógios atômicos num foguete a uma altura de 10.000 km. Durante o voo, a frequência dos relógios no foguete eram comparadas com relógios idênticos na superfície da Terra.

Artigo sobre o teste de maior precisão do desvio para o vermelho gravitacional.

A predição da Relatividade Geral era de que o tempo deveria passar mais devagar na superfície da Terra, e isso foi medido no experimento com incerteza de aproximadamente uma parte em dez mil. Os novos estudos, com os satélites da Galileo, foram publicados numa revista científica de prestígio internacional (a Physical Review Letters) e obtiveram incertezas ainda menores! 

Embora a coleta de dados dos satélites GSAT-0201 e GSAT-0202 continue ocorrendo, a obtenção de melhores resultados está limitada por incertezas envolvendo temperaturas e variações no campo magnético da Terra. Isso se deve principalmente à falta de sensores para essas medições (o que é bem compreensivo, afinal, esses satélites foram colocados em órbita com outro objetivo).

Uma maneira de melhorar ainda mais as medições do desvio para o vermelho gravitacional seria criar missões destinadas especificamente para isso. Dessa maneira, talvez seja possível descobrir os limites da Relatividade Geral e, quem sabe, abrir portas para uma nova física. Por ora, a Relatividade Geral se mantém firme, tendo acumulado incontáveis sucessos por mais de um século. A questão é: até quando?

Referências:

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