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Un experimento realizado por científicos italianos con datos de la nave espacial Cassini de la NASA, actualmente en camino a Saturno, confirma la teoría de la relatividad general de Einstein con una precisión 50 veces mayor que las mediciones anteriores.
Los resultados aparecen en la edición del 25 de septiembre de la revista Nature. Forman parte de una colaboración científica entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana. El experimento tuvo lugar en el verano de 2002, cuando la nave espacial y la Tierra se encontraban en lados opuestos del Sol, separados por una distancia de más de mil millones de kilómetros (aproximadamente 621 millones de millas).
Los investigadores observaron el cambio de frecuencia de las ondas de radio que se transmitían desde y hacia la nave espacial a medida que pasaban cerca del Sol. Midieron con precisión el cambio en el tiempo de ida y vuelta de la señal de radio a medida que viajaba cerca del Sol. El tiempo de ida y vuelta es el tiempo que tarda la señal transmitida desde la estación de la Red del Espacio Profundo en Goldstone, California, hasta la nave espacial en el otro lado del Sol y de regreso viajando a la velocidad de la luz.
"La importancia científica de estos resultados es la confirmación de la teoría de la relatividad general y la concordancia con las formulaciones de Einstein con una precisión experimental sin precedentes", dijo Sami Asmar, director del Radio Science Group, que adquirió los datos para este experimento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "La importancia tecnológica del experimento es la capacidad de superar el duro entorno solar mediante enlaces de radio".
Los investigadores midieron en qué medida la gravedad del Sol curvaba un rayo electromagnético, en este caso la señal de radio transmitida por la nave espacial y recibida por las estaciones terrestres.
Según la teoría de la relatividad general, un objeto masivo como el Sol hace que el espacio-tiempo se curve, y un haz de ondas de radio (o luz) que pasa por el Sol tiene que viajar más lejos debido a la curvatura. La distancia adicional que recorren las ondas de radio desde Cassini pasando por el Sol hasta la Tierra retrasa su llegada; la magnitud del retraso proporciona una prueba sensible de las predicciones de la teoría de Einstein. Aunque se esperan desviaciones de la relatividad general en algunos modelos cosmológicos, no se encontró ninguna en este experimento.
Las pruebas de la relatividad general tienen importantes implicaciones cosmológicas. La cuestión no es si la relatividad general es verdadera o falsa, sino a partir de qué nivel de precisión deja de describir la gravedad de forma realista.
Pruebas anteriores de la relatividad general confirmaron la predicción de Einstein con una precisión de una parte por mil. Esta precisión se logró en 1979 utilizando las sondas Viking en Marte. El experimento Cassini la confirmó con una precisión de 20 partes por millón. La clave de esta mejora ha sido la adopción de nuevas tecnologías en las telecomunicaciones espaciales.
El experimento no se hubiera podido realizar con este nivel de precisión en el pasado debido al ruido en el enlace de radio introducido por la corona solar. Con el experimento Cassini, este obstáculo se superó equipando el sistema de comunicación de la nave espacial con múltiples enlaces en diferentes frecuencias. Esta nueva capacidad en la nave espacial Cassini y en la antena de 34 metros (112 pies) de diámetro en Goldstone, permitió a los científicos eliminar los efectos del plasma interplanetario y solar de los datos de radio. Además, el ruido de la atmósfera de la Tierra se redujo considerablemente mediante un equipo especial instalado en el complejo Goldstone. Estos avances tecnológicos desarrollados para la misión Cassini han llevado a precisiones sin precedentes en las mediciones de velocidad, lo que beneficia a futuros experimentos científicos, así como a la navegación en el espacio profundo.
Los experimentos son parte de una serie de experimentos de radiociencia planificados para la fase de crucero de la misión, incluida la búsqueda de ondas gravitacionales de baja frecuencia.
Cassini comenzará a orbitar Saturno el 1 de julio de 2004 y liberará su sonda Huygens unos seis meses después para descender a través de la espesa atmósfera de la luna Titán.
Cassini-Huygens es una misión cooperativa de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. El JPL, una división de Caltech, administra la misión para la Oficina de Ciencias Espaciales de la NASA en Washington, DC. Los autores del artículo de Nature, "Una nueva prueba de la relatividad general con la misión espacial Cassini", son el Dr. Bruno Bertotti de la Universidad de Pavía, Italia; el Dr. Luciano Iess de la Universidad de Roma "La Sapienza", Italia; y el Dr. Paolo Tortora de la Universidad de Bolonia, Italia.