p O sistema europeu de navegação por satélite Galileo - que já atende usuários em todo o mundo - agora oferece um serviço histórico para a comunidade física em todo o mundo, permitindo a medição mais precisa já feita de como as mudanças na gravidade alteram a passagem do tempo, um elemento-chave da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. p Duas equipes europeias de física fundamental trabalhando em paralelo conseguiram, de forma independente, uma melhoria cinco vezes maior na precisão da medição do efeito de dilatação do tempo impulsionado pela gravidade, conhecido como 'desvio para o vermelho gravitacional'.

p O prestigioso Cartas de revisão física jornal acaba de publicar os resultados independentes obtidos de ambos os consórcios, reunidos em mais de mil dias de dados obtidos do par de satélites Galileo em órbitas alongadas.

p "É extremamente gratificante para a ESA ver que a nossa expectativa original de que tais resultados podem ser teoricamente possíveis foi agora confirmada em termos práticos, fornecendo a primeira melhoria relatada do teste de desvio para o vermelho gravitacional por mais de 40 anos, "comenta Javier Ventura-Traveset, Chefe do Galileo Navigation Science Office da ESA.

p "Esses resultados extraordinários foram possíveis graças às características únicas dos satélites Galileo, notavelmente as altíssimas estabilidades de seus relógios atômicos integrados, as precisões atingíveis em sua determinação de órbita e a presença de retrorrefletores a laser, que permitem o desempenho de medições de órbita independentes e muito precisas do solo, chave para desemaranhar erros de relógio e órbita. "

p Essas atividades de pesquisa paralelas, conhecido como GREAT (Galileo gravitational Redshift Experiment with exccentric sATellites), foram liderados respectivamente pelo SYRTE Observatoire de Paris na França e pelo Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade ZARM da Alemanha, coordenado pelo Galileo Navigation Science Office da ESA e apoiado através das suas actividades básicas.

p Resultados felizes de um acidente infeliz

p Essas descobertas são o resultado feliz de um infeliz acidente:em 2014, os satélites Galileo 5 e 6 ficaram presos em órbitas incorretas por um estágio superior da Soyuz com defeito, bloqueando seu uso para navegação. Os controladores de vôo da ESA entraram em ação, realizando um salvamento ousado no espaço para elevar os pontos baixos das órbitas dos satélites e torná-los mais circulares.

p Uma vez que os satélites obtivessem visualizações de todo o disco da Terra, suas antenas poderiam ser travadas em seu mundo natal e suas cargas úteis de navegação poderiam de fato ser ligadas. Os satélites estão hoje em uso como parte dos serviços de busca e salvamento do Galileo, enquanto a sua integração como parte das operações nominais do Galileo está atualmente em avaliação final pela ESA e pela Comissão Europeia.

p Contudo, suas órbitas permanecem elípticas, com cada satélite escalando e caindo cerca de 8.500 km duas vezes por dia. Foram essas mudanças regulares de altura, e, portanto, os níveis de gravidade, o que tornou os satélites tão valiosos para as equipes de pesquisa.

p Repetindo a previsão de Einstein

p Albert Einstein previu há um século que o tempo passaria mais lentamente perto de um objeto enorme, uma descoberta que já foi verificada experimentalmente várias vezes - mais significativamente em 1976, quando um relógio atômico maser de hidrogênio no foguete suborbital Gravity Probe-A foi lançado a 10.000 km no espaço, confirmando a previsão de Einstein dentro de 140 partes por milhão.

p Na verdade, relógios atômicos a bordo de satélites de navegação já devem levar em conta o fato de que funcionam mais rápido para cima em órbita do que para baixo no solo - chegando a alguns décimos de microssegundo por dia, o que resultaria em erros de navegação de cerca de 10 km diários, se não corrigido.

p As duas equipes contaram com a cronometragem estável dos relógios maser passivo de hidrogênio (PHM) a bordo de cada Galileo - estável a um segundo em três milhões de anos - e evitou a deriva pelo segmento terrestre mundial do Galileo.

p "O fato de os satélites Galileo carregarem relógios maser de hidrogênio passivos, foi essencial para a precisão alcançável desses testes, "observou Sven Hermann, do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade ZARM da Universidade de Bremen.

p "Embora cada satélite Galileo carregue dois relógios maser de rubídio e dois de hidrogênio, apenas um deles é o relógio de transmissão ativo. Durante nosso período de observação, focamos então nos períodos de tempo em que os satélites estavam transmitindo com relógios PHM e avaliamos a qualidade desses dados preciosos com muito cuidado. Melhorias contínuas no processamento e, em particular, na modelagem dos relógios, pode levar a resultados mais restritos no futuro. "

p Refinando os resultados

p Um desafio importante ao longo de três anos de trabalho foi refinar as medições de redshift gravitacional, eliminando efeitos sistemáticos, como erro de relógio e deriva orbital devido a fatores como protuberância equatorial da Terra, a influência do campo magnético da Terra, variações de temperatura e até mesmo o impulso sutil, mas persistente da própria luz do sol, conhecido como 'pressão de radiação solar'.

p "A modelagem cuidadosa e conservadora e o controle desses erros sistemáticos têm sido essenciais, com estabilidades de até quatro picossegundos ao longo do período orbital de 13 horas dos satélites; isso é quatro milionésimo de um milionésimo de segundo, "Pacôme Delva do SYRTE Observatoire de Paris.

p "Isso exigiu o apoio de muitos especialistas, com, nomeadamente, a experiência da ESA graças ao seu conhecimento do sistema Galileo. "

p O rastreamento preciso por satélite foi habilitado pelo International Laser Ranging Service, lasers brilhantes até os retrorrefletores dos Galileos para verificações orbitais em escala centimétrica.

p Também foi recebido um grande apoio do Gabinete de Apoio à Navegação baseado no centro de operações ESOC da ESA na Alemanha, cujos especialistas geraram o relógio estável de referência e os produtos de órbita para os dois satélites excêntricos Galileo e também determinaram os erros residuais das órbitas após as medições do laser.