هذا وقت مثير لمجالات علم الفلك والفيزياء الفلكية وعلم الكونيات. بفضل المختبرات المتطورة والأدوات والتقنيات الجديدة، يقترب العلماء من التحقق التجريبي من النظريات التي لم يتم اختبارها في كثير من الأحيان.
تتناول هذه النظريات بعضًا من الأسئلة الأكثر إلحاحًا التي يطرحها العلماء حول الكون والقوانين الفيزيائية التي تحكمه، مثل الجاذبية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة. لعقود من الزمن، ظل العلماء يقترحون أن هناك فيزياء إضافية تعمل أو أن نموذجنا الكوني الأساسي يحتاج إلى مراجعة.
وبينما تستمر التحقيقات حول وجود وطبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، هناك أيضًا محاولات لحل هذه الألغاز مع احتمال وجود فيزياء جديدة.
أ أحدث ورقةاقترح فريق من باحثي ناسا كيف يمكن للمركبة الفضائية البحث عن أدلة مادية إضافية في نظامنا الشمسي. ويجادلون بأن هذا البحث سيتم دعمه من خلال تحليق المركبة الفضائية في تشكيل رباعي السطوح واستخدام مقاييس التداخل. يمكن أن يساعد مثل هذا العمل في حل اللغز الكوني الذي استعصى على العلماء لأكثر من نصف قرن.
عمل الاقتراح سلافا ج. دوريشيفوهو أستاذ مساعد في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) وعالم أبحاث في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا.
إنضم شينغ وي سيوعالم فيزياء تجريبية في NASA JPL، و أنا أنت، هو أستاذ مساعد في جامعة كارولينا الجنوبية وعالم أبحاث كبير في NASA JPL. ظهرت ورقتهم البحثية مؤخرًا على الإنترنت وتم قبولها للنشر الفحص البدني د.
تجربة دوريشيف أ استعادة الجاذبية والمختبر الداخلي (GRAIL) عضو مجموعة العلوم العاملة. في أعمال سابقة، درس دوريشيف وزملاؤه كيفية إرسال مهمة إلى الشمس عدسة الجاذبية الشمسية (SGL) يمكن أن يحدث ثورة في علم الفلك.
ورقة مفاهيمية مقدمة من أ إعانة المرحلة الثالثة 2020 من خلال برنامج المفاهيم المتقدمة المبتكرة (NIAC) التابع لناسا. وفي دراسة سابقة، فكر هو وعالم الفلك كلاوديو ماكون في كيفية استخدام الحضارات المتقدمة لها. SGLs التي تنقل الطاقة من نظام شمسي إلى آخر.
باختصار، عدسة الجاذبية هي ظاهرة تغير فيها مجالات الجاذبية انحناء الزمكان في المناطق المجاورة لها. وقد تنبأ أينشتاين بهذا التأثير واستغله لأول مرة في عام 1916 آرثر إدنجتون في عام 1919 عزمه النسبية العامة (GR).
ومع ذلك، بين الستينيات والتسعينيات، أدت ملاحظات منحنيات دوران المجرات وتوسع الكون إلى نظريات جديدة للجاذبية على المقاييس الكونية الكبيرة. فمن ناحية، افترض العلماء وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة للتوفيق بين ملاحظاتهم والموارد الوراثية.
من ناحية أخرى، طور العلماء نظريات بديلة للجاذبية (ميكانيكا نيوتن المعدلة (MOND)، الجاذبية المعدلة (MOG) وما إلى ذلك). وفي الوقت نفسه، اقترح آخرون أنه قد تكون هناك فيزياء إضافية في الكون لا نعرف عنها بعد. كما أخبر دوريشيف مجلة Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
“نحن مهتمون باستكشاف الأسئلة المحيطة بألغاز الطاقة المظلمة والمادة المظلمة. على الرغم من اكتشافها في القرن الماضي، إلا أن أسبابها الأساسية لا تزال بعيدة المنال. وإذا نشأت هذه “الأنودات” من فيزياء جديدة، فهل ينبغي ملاحظة الظواهر الأرضية؟ “في المختبرات أو مسرعات الجسيمات – هذه الرواية لديها القدرة على الظهور على نطاق النظام الشمسي.”
في دراستهم الأخيرة، اكتشف دوريشيف وزملاؤه كيف يمكن لسلسلة من المركبات الفضائية التي تحلق في هيكل رباعي السطوح استكشاف مجال جاذبية الشمس.
وقال دوريشيف إن هذه المجسات ستبحث عن الانحرافات عن تنبؤات النسبية العامة على مستوى النظام الشمسي، وهو أمر لم يكن ممكنًا حتى الآن:
“من المفترض أن تظهر هذه الانحرافات كمكونات غير صفرية في موتر تدرج الجاذبية (GGT)، والذي يشبه بشكل أساسي حل معادلة بواسون.
ونظرًا لطبيعتها الصغيرة، فإن اكتشاف هذه الانحرافات يتطلب أن تكون القدرات الحالية دقيقة للغاية – بما لا يقل عن خمسة أوامر من حيث الحجم. في مثل هذه المستويات العالية من الدقة، يمكن للعديد من التأثيرات المعروفة أن تؤدي إلى ضوضاء كبيرة.
تتضمن الإستراتيجية إجراء قياسات تفاضلية لإبطال تأثير القوى المعروفة، وبالتالي الكشف عن مساهمات دقيقة، ولكن غير صفرية، في GGT.
وقال توريشيف إنه سيستخدم تقنيات القياس المحلية التي تعتمد على مقاييس التداخل المستمر. ويتضمن أيضًا قياس مدى التداخل بالليزر، وهي تقنية مجربة متابعة استعادة الجاذبية واختبار المناخ مهمة (GRACE-FO) عبارة عن زوج من المركبات الفضائية التي تعتمد على الكشف عن شعاع الليزر لمراقبة محيطات الأرض والأنهار الجليدية والأنهار والمياه السطحية.
سيتم استخدام نفس التقنية لاستكشاف موجات الجاذبية الفضائية المقترحة هوائي قياس التداخل بالليزر (ليزا).
سيتم تجهيز المركبة الفضائية بمقاييس التداخل الذري، والتي سيتم نشرها موجة توصيف الذرات لقياس اختلاف الطور بين موجات المادة الذرية على مسارات مختلفة. تكتشف هذه التقنية وجود ضوضاء غير متعلقة بالجاذبية (النشاط الدفعي، وضغط الإشعاع الشمسي، وقوى السحب الحراري، وما إلى ذلك) على المركبة الفضائية وترفضها عند الضرورة.
وفي الوقت نفسه، فإن الطيران في نظام رباعي السطوح سيحسن قدرة المركبة الفضائية على مقارنة القياسات.
وقال دوريشيف: “سيوفر لنا المدى بالليزر بيانات أكثر دقة عن المسافة والسرعة النسبية بين المركبات الفضائية”.
“علاوة على ذلك، فإن دقته الاستثنائية ستسمح لنا بقياس دوران تكوين رباعي السطوح بالنسبة إلى إطار مرجعي بالقصور الذاتي (من خلال ملاحظات سانياك)، وهي مهمة لا يمكن تحقيقها بأي وسيلة أخرى. ونتيجة لذلك، فإنه سينشئ تشكيل رباعي السطوح . قياسات.”
في نهاية المطاف، سيختبر هذا العمل الموارد الوراثية على نطاقات صغيرة جدًا، والتي كانت محدودة جدًا حتى الآن. بينما يواصل العلماء دراسة تأثير مجالات الجاذبية على الزمكان، فقد اقتصرت في الغالب على استخدام المجرات وعناقيد النجوم كعدسات.
تشمل الحالات الأخرى الأجسام المدمجة (مثل النجوم القزمة البيضاء) والثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBHs) مثل برج القوس A* – مركز درب التبانة.
“نحن نهدف إلى تحسين دقة اختبار النسب الوراثية ونظريات الجاذبية البديلة بأكثر من خمسة أوامر من حيث الحجم.
وإلى جانب هذا الهدف الأساسي، فإن عملنا له أهداف علمية إضافية، سنشرحها في ورقتنا القادمة. اختبار النسب الوراثية ونظريات الجاذبية الأخرى، والكشف عن موجات الجاذبية في نطاق ميكرو هيرتز – وهو طيف لا يمكن الوصول إليه بواسطة الأدوات الموجودة أو المتصورة – وغيرها من الجهود لاستكشاف ميزات النظام الشمسي، مثل الكوكب الافتراضي 9.
تم نشر هذه المقالة في الأصل الكون اليوم. واصل القراءة المقالة الأصلية.
