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Concept
Effet Shapiro
Résumé
vignette|alt=|Vue d'artiste de l'expérience de mesure de l'effet Shapiro réalisée, en 2003, dans le cadre de la mission Cassini-Huygens : la trajectoire de l'onde radioélectrique (en vert) émise par la sonde Cassini est une géodésique.
L’effet Shapiro ou retard Shapiro, nommé en l'honneur de l'astrophysicien américain Irwin Ira Shapiro, aussi connu comme le retard de la lumière ou retard gravitationnel de la lumière, est un effet résultant de la relativité générale qui voit le temps d'arrivée d'un signal se propageant dans l'espace affecté par la présence de matière dans son voisinage. Cet effet est la combinaison double du fait que le signal observé ne se propage plus en ligne droite et parcourt ainsi un chemin plus grand que ce qu'il ferait en l'absence de masse dans son voisinage, et du fait que l'écoulement du temps est affecté par la présence de masse.
L'effet Shapiro est un effet élémentaire de relativité générale, mais à l'inverse des autres effets de ce type (déflexion de la lumière, précession du périastre, décalage vers le rouge gravitationnel), il n'a pas été prédit à l'époque de la découverte de la relativité générale, soit vers 1915, mais près de plus tard, par Irwin Shapiro, en 1964.
L'effet Shapiro est l'effet de retard de la propagation des ondes électromagnétiques dans le champ gravitationnel d'un objet massif, par rapport au temps calculé en l'absence de cet objet.
Dans le cas d'une métrique de Schwarzschild, le retard pour aller d'un point à un point dont les coordonnées radiales sont et s'écrit :
où :
est la constante de Newton ;
est la masse de l'objet ;
est la vitesse de la lumière dans le vide ;
est le logarithme naturel ;
est la coordonnée radiale pour laquelle la trajectoire des photons est la plus proche de l'objet ;
est le paramètre gravitationnel standard associé à l'objet : ;
est le rayon de Schwarzschild associé à l'objet : .
L'effet Shapiro peut être mesuré dans le Système solaire, notamment par l'étude des temps d'arrivée des signaux émis par un atterrisseur posé sur une autre planète.
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