ดาวเทียมกาลิเลโอท้าทายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์
#สาระความรู้จากGistda
(ภาพโดย ณัฐกานต์ รัตนารังสรรค์)
ในปี ค.ศ. 2014 (พ.ศ. 2557) สหภาพยุโรปได้ทำการส่งดาวเทียมกาลิเลโอสองดวงขึ้นสู่ห้วงอวกาศเพื่อทำหน้าที่เป็นดาวเทียมนำร่อง (Navigation Satellite) แต่เกิดข้อผิดพลาดขึ้นในช่วงการส่งทำให้ดาวเทียมทั้งสองโคจรรอบโลกเป็นรูปวงรี แทนที่จะโคจรเป็นวงกลมตามที่ได้วางแผนไว้
การโคจรเป็นวงรีทำให้เกิดปัญหาเพราะเมื่อมันโคจรเข้ามาอยู่ในจุดที่ใกล้โลกที่สุด (Perigee) ดาวเทียมจะอยู่ใกล้โลกกว่าระยะที่กำหนดไว้และไม่สามารถมองเห็นโลกทั้งใบได้จึงทำให้ไม่สามารถทำการระบุตำแหน่งเพื่อการนำทางทได้อย่างมีประสิทธิภาพ
แม้จะเกิดปัญหาดังกล่าวขึ้น แต่ทีมนักฟิสิกส์ยุโรปกลับมองเห็นโอกาสในการใช้ประโยชน์จากความผิดพลาดที่เกิดขึ้นโดยนำมาทำการทดสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity) ของไอน์สไตน์ด้วยความแม่นยำสูงที่สุดเท่าที่เคยมี และตีพิมพ์ผลลัพธ์ลงในวารสาร Physical Review Letters ต้นเดือนธันวาคม ปี ค.ศ. 2018 (พ.ศ. 2561) นี้
ปรากฏการณ์หนึ่งที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายไว้ว่าจะเกิดขึ้นคือ Gravitational redshift
กล่าวคือ แสงที่เดินทางจากบริเวณที่มีความโน้มถ่วงสูงไปยังความโน้มถ่วงต่ำจะมีความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น (หรือ พูดอีกอย่างว่าเลื่อนไปทางแสงสีแดงซึ่งเป็นด้านที่มีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีม่วง) และ นาฬิกาที่อยู่ในบริเวณที่มีความโน้มถ่วงสูงจะเดินช้ากว่านาฬิกาอยู่ในบริเวณที่มีความโน้มถ่วงต่ำ
เราไม่สามารถสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าวได้โดยง่ายเพราะแรงโน้มถ่วงของโลกเรานั้น แม้จะอ่อนกำลังลงที่ระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเลมากๆ แต่ผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็เกิดขึ้นน้อยมาก
(ถ้าผลของสัมพัทธภาพทั่วไปเกิดขึ้นมาก จะทำให้คนที่อาศัยอยู่บนยอดเขาชั่วระยะเวลาหนึ่งแก่เร็วกว่าคนที่อยู่บนพื้นราบเนื่องจากเวลาของคนบนยอดเขาเดินเร็วกว่านั่นเอง)
อย่างไรก็ตาม นาฬิกาอะตอมที่อยู่บนดาวเทียมนั้นจะเดินคลาดเคลื่อนไปเพียง 1 วินาทีทุกๆสามล้านปี ความแม่นยำสูงในระดับนี้เพียงพอจะใช้ตรวจวัดผลกระทบที่เกิดจากปรากฎการณ์ดังกล่าวได้
การทดลองที่แม่นยำที่สุดก่อนหน้านี้เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1976 (พ.ศ. 2519) ด้วยการส่งจรวดไปที่ระดับความสูง 10,000 กิโลเมตร จากนั้นเปรียบเทียบนาฬิกาอะตอมที่อยู่ในจรวดลำนั้นกับนาฬิกาอะตอมที่อยู่บนพื้นโลก ผลปรากฏว่านาฬิกาทั้งสองเรือนเดินด้วยอัตราที่ต่างกัน 0.007%
สำหรับการทดลองในครั้งนี้ใช้ประโยชน์ของวงโคจรของดาวเทียมกาลิเลโอที่โคจรเป็นวงรี (Elliptical Orbit) โดยจุดที่ดาวเทียมเข้าใกล้โลกที่สุดเรียกว่า Perigee และจุดที่มันโคจรอยู่ห่างจากโลกที่สุดเรียกว่า Apogee ส่งผลให้ดาวเทียมอยู่ห่างจากผิวโลกด้วยระยะทางที่แตกต่างกันอย่างมาก
อีกทั้งระยะเวลาที่ดาวเทียมใช้ในการโคจรครบรอบ ยังคงที่ ทำให้นักฟิสิกส์สามารถทำการตรวจวัดการช้าลงของเวลาระหว่างสองตำแหน่งดังกล่าวได้อย่างแม่นยำ
อย่างไรก็ตาม การเก็บข้อมูลตลอดระยะเวลาสามปีนั้นเป็นเรื่องท้าทาย อีกทั้งผลการทดลองยังเกิดความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นจากปัจจัยต่างๆได้มากมาย
ตั้งแต่ การโคจรที่ไม่สม่ำเสมอของดาวเทียมซึ่งเกิดจากความป่องบริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลก (Earth Oblateness), อิทธิพลจากสนามแม่เหล็กโลก (Earth Magnetic Field) , ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ตำแหน่งต่างๆกัน รวมทั้งความดันจากรังสีของดวงอาทิตย์ (Solar Radiation Pressure)
แต่เมื่อหักลบปัจจัยเหล่านี้ออกไปอย่างเป็นระบบทำให้นักฟิสิกส์พบว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นถูกต้องและเพิ่มระดับความเชื่อมั่นขึ้นไปอีกขั้นหนึ่ง!
การทดลองนี้นอกจากจะช่วยยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแล้ว น่าจะเป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า
ความผิดพลาดบางอย่างอาจเป็นโอกาสในการสร้างสรรค์สิ่งดีๆได้เหมือนกัน
ใครสนใจเทคโนโลยีด้านอวกาศและดาวเทียม
กดติดตามเรื่องราวเหล่านี้ได้ที่ GISTDA สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน)
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
