DALLO STUDIO DELL'ORBITA DEL SATELLITE LAGEOS II

Einstein ha di nuovo ragione

Ancora una conferma per la teoria della relatività generale. Merito di due italiani, David Lucchesi e Roberto Peron dell'INAF-IFSI di Roma. La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, dimostra la precessione relativistica di un’ orbita, effetto previsto dalla teoria di Einstein ma difficile da rilevare.

Ancora una conferma per la teoria della relatività generale, questa volta grazie a due italiani, David Lucchesi e Roberto Peron dell’Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (IFSI/INAF) di Roma. La loro ricerca, pubblicata sulla rivista Physical Review Letters, dell’American Physical Society, conferma la correttezza della cosiddetta precessione relativistica di un’ orbita, un effetto previsto dalla teoria di Einstein ma alquanto difficile da rilevare perché richiede misure estremamente accurate, possibili solo con le più moderne tecnologie. Per questo Lucchesi e Peron hanno scelto di studiare l’orbita del LAGEOS II, un satellite costruito alla fine degli anni ’80 dalla (allora) ALENIA SPAZIO di Torino per conto dell’ASI, l’Agenzia Spaziale Italiana, e messo in orbita nel 1992. I satelliti LAGEOS, nati per studi geodinamici, sono inseguiti da una rete di stazioni terrestri che inviano continuamente verso di essi una serie di impulsi laser. Il tempo impiegato dall’impulso per raggiungere un satellite, essere riflesso da opportuni elementi ottici e tornare indietro alla stessa stazione di partenza permette di misurarne la distanza con una precisione così elevata da poterne determinare l’orbita con una accuratezza centimetrica.

Ma in che cosa consiste la precessione relativistica? Secondo la meccanica classica, in assenza di perturbazioni esterne e di altri fattori di disturbo, l’orbita di un corpo puntiforme attorno ad un altro rimane fissa nello spazio, senza ruotare. La relatività generale prevede invece che, a causa della curvatura e delle deformazioni dello spazio-tempo dovute alla massa e ai movimenti dei corpi in gioco, tale orbita subisca uno spostamento continuo: in pratica il piano orbitale ruota o meglio precede, come dicono gli astronomi. Tale situazione vale anche per un satellite in orbita attorno alla Terra, come nel caso del LAGEOS II.

La precessione dell’orbita del satellite è dovuta alla somma di tre effetti. Il primo, messo in evidenza dallo stesso Einstein nel 1915, è dovuto alla curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla massa del corpo primario, in questo caso la Terra. Il secondo effetto, noto come precessione di Lense-Thirring, dal nome dei due scienziati austriaci che lo studiarono per la prima volta nel 1918, è conseguenza della deformazione dello spazio-tempo provocata dalla rotazione della Terra. Infine il terzo effetto, denominato precessione di de Sitter, dal nome dello scienziato che studiò il fenomeno nel 1916, è causato da una deformazione dello spazio-tempo che nasce dal moto della Terra attorno al Sole.

Lo studio della precessione di Einstein, nel caso dell’orbita del pianeta Mercurio intorno al Sole, costituisce una delle verifiche classiche della relatività generale, avendo contribuito ad una diffusa accettazione della teoria. Tale effetto è stato ora per la prima volta misurato direttamente nel campo della Terra, e costituisce una ulteriore verifica della teoria Einsteiniana.

“Il nostro studio e la conseguente analisi dei dati, analisi effettuata tramite il programma GEODYN II (NASA/GSFC), ha consentito di estrarre dai residui orbitali del pericentro dell’orbita l’effetto secolare complessivo prodotto dalle tre precessioni relativistiche su un periodo di 13 anni“ spiega David Lucchesi. “L’analisi finale e conservativa dei residui del pericentro ha fornito una discrepanza con la predizione della relatività generale dello 0.2%. In altri termini la misura conferma la relatività con una precisione del 99.8%. Il risultato ottenuto pone inoltre un limite ad una possibile deviazione della interazione gravitazionale dalla legge Newtoniana dell’inverso del quadrato della distanza e pone quindi un vincolo su altre teorie della gravitazione che prevedono invece tali deviazioni.”

Non è la prima volta che ricercatori italiani si mettono in evidenza per la verifica degli effetti previsti dalla relatività generale sull’orbita dei satelliti LAGEOS. Già a partire dal 1996/1997 il Prof. Ciufolini (Università di Lecce), allora ricercatore presso l’IFSI/CNR (e di cui in passato sia Lucchesi che Peron sono stati collaboratori), iniziò una serie di misure della precessione relativistica dell’orbita dei satelliti LAGEOS e LAGEOS II focalizzata alla misura, mai effettuata in precedenza, della precessione di Lense-Thirring. Tale precessione riveste un ruolo particolarmente importante perché è legata alla rotazione dei corpi, ovvero al fenomeno del gravitomagnetismo. Il Prof. Ciufolini proprio quest’anno ha ricevuto il Premio Giuseppe Occhialini per i suoi contributi agli studi degli effetti gravitomagnetici prodotti dalla rotazione terrestre sui satelliti LAGEOS.