Como a Lua nos ajuda a confirmar a relatividade de Einstein

Muitas vezes é possível utilizar dados recolhidos para um propósito para estudar outro. Por exemplo, Um Artigo recente Utilizou meio século de observações da órbita da Lua para fazer testes cuidadosos e precisos da natureza da gravidade, bem como alguns dos pressupostos fundamentais que contribuíram para a teoria da relatividade geral de Einstein.

Um bloco, três postagens

A massa pode ser pensada como a quantidade de “matéria” de que um objeto é feito. Isso causa a força da gravidade entre dois objetos, o que dificulta a movimentação dos objetos. Basicamente, ele cumpre três funções diferentes. Primeiro, a massa gera um campo gravitacional que afetará outros objetos com força, então podemos chamar isso de “massa gravitacional ativa”. Em segundo lugar, a massa pode sentir os efeitos gravitacionais dos objetos ao seu redor, e podemos chamar isso de “massa gravitacional negativa”. Terceiro, a massa resiste a mudanças no movimento – razão pela qual é difícil empurrar uma pedra grande – por isso podemos chamar a isto “massa inercial”.

Nas aulas introdutórias de física, e mesmo na teoria mais avançada de Einstein, os três “tipos” de massa são considerados a mesma coisa. Mas não há nenhuma razão fundamental para que isso aconteça. Cada um pode ser diferente. Visto que a ideia de sua semelhança é um pressuposto fundamental da teoria da gravidade de Einstein, é necessário testar esta conjectura.

Foi isso que os pesquisadores fizeram. Em 21 de julho de 1969, os astronautas da Apollo 11 colocaram um refletor laser na superfície lunar, seguido por refletores adicionais nas missões lunares subsequentes. Desde então, os pesquisadores conseguiram monitorar a distância entre a Terra e a Lua. Esta é uma medição incrivelmente precisa, com precisão de um milímetro, que é semelhante a medir a distância entre Nova York e Los Angeles com uma precisão equivalente à largura de um fio de cabelo humano. Um resultado foi que os cientistas determinaram que a Lua está se afastando da Terra a uma taxa de 3,8 cm (1,5 polegadas) por ano.

Massa gravitacional ativa versus massa gravitacional passiva

O artigo mais recente investigou se a massa ativa e a massa passiva são iguais. Para fazer isso, os pesquisadores aproveitaram a vantagem geológica da Lua. As missões Apollo determinaram que os maria (as grandes manchas escuras na face da Lua) eram ricos em ferro, enquanto as terras altas lunares eram ricas em alumínio. Como Maria foi formada a partir de lava proveniente do interior da Lua, os investigadores presumiram que o manto lunar era rico em ferro. As terras altas, sendo a parte externa da Lua, deveriam refletir a composição química da crosta lunar rica em alumínio.

No caso em que as massas gravitacionais ativa e passiva são iguais, a força gravitacional do ferro sobre o alumínio deve ser a mesma que a do alumínio sobre o ferro. No entanto, se a massa da gravidade ativa e passiva for diferente, deve haver uma força resultante. Esta força resultante será semelhante ao movimento das marés na Terra e irá acelerar ou desacelerar a órbita da Lua.

Usando mais de meio século de medições da posição da Lua (de abril de 1970 a abril de 2022), os astrónomos conseguiram determinar que a órbita da Lua estava a abrandar em apenas 25,8 segundos de arco por século. Nesse ritmo, levaria mais de 14.000 anos para a Lua recuar um grau de onde estaria se continuasse a viajar na velocidade com que se move hoje.

A partir desta medição cuidadosa, os investigadores concluíram que as formas activa e passiva de massa eram essencialmente idênticas. Se fossem diferentes, a diferença seria inferior a uma parte em 26 biliões.

A confirmação de Einstein

Esta medição é crucial para confirmar a validade de um dos pressupostos da teoria da gravidade de Einstein. Caso contrário, teria posto em causa muitos aspectos da astronomia moderna, incluindo a matéria escura e a energia escura. No entanto, esta última medição confirma a validade do nosso quadro teórico atual. Mais uma vez, parece que Einstein estava certo.