El 22 de agosto de 2014, a bordo de un cohete Soyuz, los satélites cinco y seis de Galileo despegaban del Puerto espacial de Kourou, en la Guayana Francesa. Era un paso más en la construcción de una red satelital europea y un nuevo sistema de geoposicionamiento global. Sin embargo, un fallo en el vehículo de lanzamiento pudo echarlo todo por tierra. Un pequeño accidente en el Soyuz había impedido que los satélites alcanzasen la posición orbital planeada.
Las alarmas saltaron en el centro de operaciones de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Darmstadt, Alemania. Había que evitar que los satélites se convirtiesen en un pedazo de basura espacial. El problema era que se perdía la señal en el punto más bajo de la órbita satelital o perigeo. Tras una serie de maniobras, la órbita del satélite cinco se logró corregir en noviembre de ese mismo año. La del sexto se demoraría hasta marzo de 2015.
Como resultado de este parche, ambos satélites tienen una órbita diferente al resto. Dos veces al día, ascienden y descienden 8.500 kilómetros en su vuelta al planeta Tierra. Y ha sido esta oscilación regular en su altura y sus niveles de gravedad la que nos ha vuelto a demostrar que Einstein tenía razón.
Los cambios en la gravedad alteran el paso del tiempo
La teoría general de la relatividad lanzó a Einstein al estrellato. En ella, el popular físico alemán predijo, entre otras cosas, que el tiempo se ralentiza cerca de un objeto masivo. Es decir, el tiempo transcurre más lento donde la gravedad es mayor. Esta predicción de 112 años de edad se ha comprobado en múltiples ocasiones. De hecho, los relojes atómicos que incorporan satélites como los de la red Galileo ya tienen en cuenta que el tiempo pasa un poquito más rápido en la superficie de la Tierra que en las alturas.
La última medición precisa de la llamada dilatación gravitacional del tiempo se produjo en 1976. Entonces, a bordo del cohete suborbital Gravity Probe A, se lanzó un reloj atómico basado en el máser de hidrógeno atómico de alta precisión. Este alcanzó los 10.000 kilómetros de altura antes de estrellarse en el océano Atlántico. Durante su viaje, el reloj midió ligeros cambios en la velocidad del tiempo. Se convirtió en la medición más precisa de que Einstein tenía razón. Hasta ahora.
Durante más de 1.000 días, el Observatorio SYRTE de París (Francia) y el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen (Alemania), coordinados por la ESA, se dedicaron a recopilar datos de estas alteraciones en el paso del tiempo en los satélites cinco y seis de Galileo.
“Resulta muy satisfactorio ver que nuestras predicciones teóricas iniciales se hayan producido en la práctica y nos ofrezcan la primera mejora registrada en las pruebas de corrimiento al rojo [así se llaman los tests para medir esta alteración en el tiempo] en más de 40 años”, asegura Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.
¿Qué se ha logrado exactamente?
De acuerdo con la ESA, durante estos tres años de trabajo se han ido perfeccionando las mediciones de corrimiento al rojo gravitacional eliminando efectos sistemáticos, como los errores de reloj y el desplazamiento orbital. “El cuidado y la cautela en la modelización y control de estos errores sistemáticos han sido esenciales, con estabilidades de hasta cuatro picosegundos por periodo orbital de 13 horas de los satélites; es decir, cuatro millonésimas de millonésima de segundo”, explica Pacôme Delva, del Observatorio SYRTE.
Así, se ha conseguido medir con una precisión sin precedentes el efecto real de la gravedad sobre el tiempo. Los resultados, publicados en ‘Physical Review Letters’, han sido posibles gracias a la alta estabilidad de los relojes atómicos de los satélites Galileo, a las precisiones alcanzables en la determinación de la órbita y a la presencia de retrorreflectores láser, que permiten llevar a cabo mediciones orbitales independientes y muy precisas desde el suelo.
“Aunque cada satélite de Galileo transporta dos relojes de rubidio y dos relojes de máser de hidrógeno, solo uno de ellos está activo como reloj de transmisión. Durante nuestro plazo de observación, nos centramos en los periodos en que los satélites transmitían con relojes de hidrógeno y evaluamos cuidadosamente la calidad de estos datos tan valiosos. Las mejoras continuas en el procesamiento y en la modelización de los relojes podrían llevarnos a lograr resultados aún más precisos en el futuro”, añade Sven Hermann, del centro alemán ZARM.
Qué es realmente Galileo
El propósito de la red de satélites Galileo no era, en origen, comprobar la teoría de Einstein. De hecho, sin el fallo en el Soyuz que puso en órbita los satélites cinco y seis esto no habría sido posible. El programa Galileo es un sistema de navegación por satélite. Ya está completo, aunque no a pleno rendimiento. De los 26 satélites en órbita, uno tiene un problema técnico y dos más, el cinco y el seis que protagonizan este artículo, están en órbitas elípticas. Durante los años 2020 y 2021 se lanzarán cuatro satélites más.
Es un sistema similar al GPS estadounidense, pero bastante más preciso. De hecho, está llamado a ser el sistema de referencia para los casos en que haga falta mucha precisión, como, por ejemplo, un rescate. A nivel usuario, no hay apenas diferencia. El sistema Galileo está construido para que se pueda complementar con el GPS, por lo que ambos se pueden usar en el mismo dispositivo de navegación.
Galileo es un programa financiado por la Unión Europea y cuyo responsable es la Comisión Europea. La ESA se ha encargado del diseño, el desarrollo y la implantación del sistema de navegación. Está operado por una agencia propia, la GNSS (Global Navigation Satellite Systems Agency), que garantiza también su seguridad.
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Como complemento a este artículo, doy los enlaces a dos artículos técnicos sobre los tests que fueron desarrollados por los satélites de prueba GIOVE-A y GIOVE-B del sistema Galileo (los cuales incluyen datos sobre los relojes atómicos transportados por estos satélites):
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/giove-a
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/giove-b
Curiosamente, en ninguno de estos textos hay una sola referencia a los hipotéticos efectos relativistas sobre el tiempo ni sobre las supuestas correcciones que deberían hacerse en la frecuencia de oscilación de los relojes atómicos para compensar tales efectos y que así el sistema “pueda funcionar correctamente” (que es lo que suelen decir los físicos teóricos de la escuela relativista). Ni siquiera se menciona la palabra “relativity”, o el nombre de Albert Einstein, en ambos artículos ni en todos los títulos recogidos en sus bibliografías.
Y respecto al anterior sistema GPS, doy un enlace a la página de discusión de Wikipedia, en relación también con la teoría de la relatividad:
https://es.wikipedia.org/wiki/Discusión:GPS#GPS_y_la_teoría_de_la_relatividad
Un saludo