Dos satélites Galileo puestos en órbita incorrecta son los que tienen a culpa de que los físicos estén tan contentos ahora mismo. Gracias a estas sondas se vuelve a probar, una vez más, que Einstein tenía razón cuando planteó su teoría general de la relatividad.

Sin embargo, la importancia de esta nueva confirmación no radica en si el físico tenía razón, ya que estamos acostumbrados a que así sea. No, esta vez la diferencia está en la "gran precisión" con la que se ha demostrado la relatividad de Einstein, tal y como explica en un comunicado de prensa la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés).

En 2014, los satélites 5 y 6 de Galileo "quedaron atrapados en órbitas incorrectas debido a un fallo en la etapa superior de un cohete Soyuz, impidiendo su uso para la navegación", explican desde la ESA. No obstante, a pesar de este problema, los controladores de vuelo de la agencia europea intentaron recuperar las sondas con un "atrevida" maniobra para "elevar los puntos más bajos de sus órbitas y hacerlas más circulares".

ESA

Cuando los satélites estuvieron en un lugar más adecuado desde el que se veía todo el disco terrestre, se fijaron sus antenas y se activaron sus útiles de navegación. Galileo 5 y 6 forman parte ahora del Servicio de Búsqueda y Salvamento (SAR) de este programa, "mientras que su integración como parte de las operaciones nominales de la constelación está siendo evaluada de forma definitiva por la ESA y la Comisión Europea", señalan desde la agencia.

Las maniobras para su elevación resultaron todo un éxito, pero sus órbitas continúan siendo elípticas. Es decir, "cada satélite asciende y desciende unos 8.500 km dos veces al día", explica en un comunicado la ESA. Esta oscilación regular en altura conlleva que sus niveles de gravedad también son constantes. Esto "los ha convertido en una herramienta de gran valor para los equipos de investigación" gracias a la cual han podido verificar con gran precisión la teoría de Einstein, según el estudio que se ha publicado esta semana en la revista Physical Review Letters.

Relojes atómicos

Más de mil días de datos y dos grupos de físicos diferentes para corroborar que Einstein tenía razón. El principal instrumento que ha servido para hacerlo son los relojes atómicos que vienen incorporados en todas las sondas de este programa: “Estos extraordinarios resultados han sido posibles gracias a las características únicas de los satélites Galileo, y especialmente a la alta estabilidad de sus relojes atómicos, 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, lo que resulta clave para resolver errores orbitales y de reloj”, explica en el comunicado de prensa Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.

“Resulta muy satisfactorio para la ESA ver que nuestras expectativas iniciales de que tales resultados fueran teóricamente posibles ahora se hayan producido en la práctica y nos ofrezcan la primera mejora registrada en las pruebas de corrimiento al rojo gravitacional en más de 40 años”, comenta en el comunicado Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.

Las investigaciones, conocidas como GREAT (Experimento de Corrimiento al Rojo Gravitacional de Galileo con Satélites Excéntricos), han sido realizadas por el Observatorio SYRTE de París (Francia) y el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen (Alemania). La institución encargada de coordinar la actividad ha sido la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.

No es la primera vez

Que Albert Einstein tenga razón con sus predicciones sobre la teoría de la relatividad no es algo nuevo. De hecho, fue en 1976 cuando se realizó el experimento más "significativo". En ese año "se lanzó a 10.000 km en el espacio un reloj atómico de máser de hidrógeno en el cohete suborbital Gravity Probe A, confirmando la predicción de Einstein hasta un nivel de precisión de 140 partes por millón", según explica la ESA.

Desde entonces, todos los relojes atómicos que llevan nuestros satélites de navegación tienen en cuenta que "se mueven más rápido (unas décimas de microsegundo por día) en órbita que en tierra", comenta la ESA. Si no se tuviera en cuenta "daría lugar a errores de navegación de unos 10 km diarios si no se corrigieran".

Los dos grupos de físicos encargados de hacer este experimento confiaron "la estabilidad del segmento de tierra de Galileo en todo el mundo" y en la "sincronización" de los relojes de máser pasivo de hidrógeno (PHM) de los Galileo 5 y 6, los cuales estaban sincronizados "con una precisión de un segundo en tres millones de años". “Que los satélites Galileo transporten estos relojes ha sido esencial para la precisión que han logrado alcanzar estas pruebas”, apunta Sven Hermann, de ZARM.

Galileo no solo lleva consigo dos relojes PHM sino que también tiene dos relojes de rubidio, por ello los investigadores decidieron centrarse en los primeros, ya que no transmiten a la vez sino que se van turnando: “Durante nuestro plazo de observación, nos centramos en los periodos en que los satélites transmitían con relojes PHM y evaluamos cuidadosamente la calidad de estos datos tan valiosos. Las mejoras continuas en el procesamiento y, especialmente, en la modelización de los relojes podrían llevarnos a lograr resultados aún más precisos en el futuro”.

Aunque sobre el papel parece sencillo, durante estos tres años los científicos han tenido que enfrentarse a diversos retos como "perfeccionar las mediciones de corrimiento al rojo gravitacional eliminando efectos sistemáticos, como los errores de reloj y el desplazamiento orbital, debidos a factores como el achatamiento ecuatorial, la influencia del campo magnético terrestre, las variaciones térmicas e incluso el leve aunque persistente empuje de la propia luz del Sol, que se conoce como presión de la radiación solar", explican desde la ESA.

“El cuidado y la cautela en la modelización y control de estos errores sistemáticos han sido esenciales, con estabilidades de hasta 4 picosegundos por periodo orbital de 13 horas de los satélites; es decir, cuatro millonésimas de millonésima de segundo”, explica Pacôme Delva, del Observatorio SYRTE.

¿Qué es Galileo?

Galileo
ESA-J. Huart

El programa Galileo es un sistema de navegación por satélite creado por la Unión Europea, es decir, es como el GPS estadounidense o el Glonass ruso. De hecho, coloquialmente se le conoce como el GPS europeo. La señal de este sistema de navegación es más precisa que sus antecesores, por lo que Galileo se podrá usar a dos niveles: uno para uso diario de los usuarios y otro, con mayor precisión aún, para que, por ejemplo, si hay que rescatar a una persona, la localización sea lo más exacta posible ya que una vida dependerá de ello.

Por otra parte, las señales de Galileo han sido diseñadas especialmente para que pueda complementarse con su homólogas estadounidense, lo que implica que se pueden utilizar en el mismo dispositivo sin que haya interferencias. En 2017, su inventor, el español José Ángel Ávila, y su equipo ganaron el premio entregado por la Oficina Europea de Patentes Inventor Europeo del año.

Además, el pasado mes de septiembre se anunció que la empresa española GMV ha ganado el concurso público para hacer el seguimiento y control de los satélites Galileo, por lo que las operaciones del Segmento Tierra estarán en manos de esta compañía. La adjudicación a GMV por parte de la ESA de este acuerdo da como resultado "el mayor contrato firmado en la industria espacial española", según afirmó el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.