Mezinárodní tým složený z odborníků z NASA a z univerzit nalezl první přímý důkaz jevu předpovězeného před 80-ti lety pomocí Einsteinovy teorie relativity - že Země svou rotací s sebou táhne časoprostor.

Výzkumníci věří, že detekovali tento efekt precizním měřením posunů v drahách dvou úmělých družic Země, které jsou vybaveny laserovými detektory polohy. Jedná se o družice Laser Geodynamics Sattelite I (LAGEOS I), NASA, a LAGEOS II, NASA/ASI (Italian Space Agency). Výzkum, který byl publikován v časopisu Science, je první přímé měření bizardního efektu nazvaného stáčení časoprostoru (frame dragging).

Tým je veden Dr. Ignazio Ciufolinim z Národní Výzkumné Rady, Itálie a Dr. Erricos Pavlisem z NASA, University of Maryland.

"Obecná teorie relativity předpovídá, že hmotné rotující objekty by měly svou rotací táhnout časoprostor okolo sebe," říká Pavlis. "Frame dragging je to samé, jako když vhodíte rotující balón do husté kapaliny. Jak balón rotuje, strhává kapalinu okolo sebe. Cokoliv ponořené do kapaliny bude nuceno rovněž rotovat kolem balónu. Podobně je to se Zemí, která strhává časoprostor ve své blízkosti okolo sebe. A tento jev právě posouvá trajektorie umělých družic blízko Země."

"Zjistili jsme, že rovina oběžných drah družic LAGEOS I a II byla posunuta asi o 2 metry za jeden rok ve směru rotace Země," říká dále Pavlis. "To je asi o 10% více, než kolik je předpovídáno obecnou teorií relativity. Chyba měření je ale ± 20%. Pozdější měření družicí Gravity Probe B, plánovanou NASA na rok 2000, by mělo zmenšit chybu určení posunu orbitů pod 1%. To je příslib, že se dozvíme něco dalšího o fyzikálních zákonech."

Einsteinova obecná teorie relativity byla velice úspěšná při vysvětlování, jak se hmota a světlo chová v silném gravitačním poli a byla úspěšně testována během mnoha astrofyzikálních pozorování. Efekt stáčení časoprostoru byl z obecné teorie relativity poprvé odvozen australským fyzikem Josephem Lensem a Hansem Thirringem v roce 1918. Je známý jako Lense-Thirringův efekt a dříve byl pozorován týmem Ciufoliniho se satelity LAGEOS a nově byl pozorován okolo vzdálených kosmických těles s intensivním gravitačním polem, jako jsou černé díry a neutronové hvězdy. Nový výzkum okolo Země je první přímá detekce a měření tohoto jevu.

Tým analyzoval čtyřleté období z dat družic LAGEOS z let 1993 až 1996 metodou navrhnutou Ciufolinim. Dalšími členy týmu jsou Dr. Federico Chieppa, Řím, Dr. Eduardo Fernandes a Juan Perez-Mercader, Madrid.

K měření bylo zapotřebí znát velice přesný model gravitačního pole Země, nazývaný "Model Zemské Gravitace 96", který je dostupný nově díky spolupráci Laboratory for Terrestrial Physics at Goddard, the National Imagery and Mapping Agency a Ohio State University. Data k vypracování tohoto modelu byla získávána čtyřletým měřením trajektorií více než 40 umělých družic Země.

Dr. John Ries, expert v satelitní geodézii na Texaské Universitě k celému výzkumu poznamenal, že takto přesné měření může být zavádějící, protože se potom mohou projevit vnější jevy, které přesáhnou chybu určení posunu orbitálních drah a určení Lense-Thirringova jevu bude nejisté.

"Relativistické efekty, které jsou hledány, jsou asi deset milionkrát menší, než efekty způsobené klasickou Newtonovskou gravitační silou působící mezi Zemí a družicí. Je tedy nutné znát neobyčejně přesně jevy v pozadí," říká Dr. Alan Bunner, ředitel výzkumného programu struktury a evoluce vesmíru v centrále NASA ve Washingtonu, DC.

Družice LAGEOS II, vypuštěná v roce 1992, a její předchůdce družice LAGEOS I, vypuštěná v roce 1976, jsou pasivní družice s laserovým zařízením, které přijímá laserové pulsy ze Země a vrací je zpět. Přitom se zaznamenává doba letu paprsku. Protože velmi dobře známe rychlost světla, mohou vědci precizně určovat vzdálenost družice, respektive její trajektorii.

Družice LAGEOS byly primárně navrženy k tomu, aby monitorovaly pohyb zemské kůry, k měření a vysvětlení "viklání" Země v ose rotace a aby sbíraly informace o velikosti, tvaru a gravitačním poli Země. Tento výzkum je část projektu NASA, který se zabývá studií zemských pevnin, oceánů, polárních oblastí, atmosféry a života. To vše jako globální systém.