ガリレオのマグニフィコ測定：1976年の赤方偏移テストの更新

一対のガリレオ衛星に搭載された時計により、物理学者は1976年以来初めて重力赤方偏移の精度向上に成功した。

この実験が可能になったのは、2014年に打ち上げがほんの少し失敗したからだった。ドレサとミレーナとして知られる2機のガリレオ衛星が円軌道ではなく楕円軌道に打ち上げられたのだ。

この楕円軌道は、軌道長半径が26,200kmで傾斜角は49.8度だった。この離心率から、5カ国から集まった科学者チームが実験のアイデアを思いついた。衛星の軌道は地球の重力からほんの少し外れたり入ったりするので、2機の衛星の飛行中に重力が時間にどのように影響するかを測定できるはずだというのだ。

こうして、ESA の偉大な実験 (偏心衛星を使ったガリレオの重力赤方偏移実験 - ESA の発表はこちら) が誕生しました。

アメリカ物理学会は次のように指摘しています。「搭載原子時計の重力赤方偏移の調整により、高精度の赤方偏移測定が可能になります。」

研究者たちは、ドイツのスヴェン・ヘルマン氏が率いるチームとフランスのパコーム・デルヴァ氏が率いるチームの2つの独立したチームに分かれて、地球からのさまざまな距離で衛星の水素メーザーマスタークロックの周波数がどのように変化するかを測定した。

アインシュタインは、重力場が存在すると時計の速度がわずかに遅くなると予測しました。この研究をPhysical Review Letters誌に掲載したAPSは、時計の周波数のこの「赤方偏移」は相対性理論の等価原理に起因すると述べています。

1976年、科学者たちは重力探査機Aと呼ばれる実験で、ロケットに時計を搭載して高度1万キロに打ち上げ、その周波数のずれを地球上の周波数のずれと比較することでこれをテストした。

ガリレオ衛星の時間の経験とレーザー測距（衛星軌道の不確実性を減らすため）を組み合わせることで、実験は「一般相対性理論が時計の周波数のずれを0.007パーセントの精度で予測できることを示した」。

3年間のデータを用いて、2つのグループは「一般相対性理論の破れに対する制約を最大5.6倍まで改善し、40年以上ぶりに赤方偏移テストの改善を実現した」。®