歐洲金屬球衛(wèi)星將檢驗愛因斯坦廣義相對論
據(jù)美國國家地理網(wǎng)站報道，2月13日，歐洲織女星火箭首次發(fā)射成功。其上面搭載了一顆旨在驗證愛因斯坦廣義相對論的低成本探測衛(wèi)星，盡管其耗資很少，但據(jù)稱其探測精度將比此前美國宇航局進行的該項研究高出幾乎100倍。
在2000年年中，在經(jīng)過超過40年的艱苦研發(fā)之后，由美國斯坦福大學領銜研制的耗資8億美元的“引力探測器B”衛(wèi)星探測到了“慣性系拖曳效應”(Frame dragging)。這是一種愛因斯坦的理論中所預言的現(xiàn)象，即由于地球的自轉導致周遭的時空結構隨之發(fā)生扭曲的效應。但是由于技術上的問題，美國宇航局的探測計劃只達到了大約20%的精度。
而此次這一由意大利領銜研制的新型衛(wèi)星僅僅耗資1000萬美元，卻將有望大大改進觀測的精度。伊戈納茲爾·塞佛利尼(Ignazio Ciufolini)來自意大利薩蘭托大學，他是此次探測項目的負責人，他說：“如果我們能達到1%的精度——我很自信我們可以達到，那么我們將能夠將之前引力探測器B的探測精度提升一個數(shù)量級�！�
這顆探測衛(wèi)星名為“激光相對論衛(wèi)星”，縮寫為“LARES”，它搭載在織女星火箭上，于法屬圭亞那當?shù)貢r間7:00(北京時間當日18:00)發(fā)射升空。現(xiàn)在這顆衛(wèi)星已經(jīng)開始在軌工作，它將在未來數(shù)年內連續(xù)發(fā)回有關慣性系拖曳效應的測量數(shù)據(jù)。
阿蘭·康斯坦拉基(Alan Kostelecky)是一名來自美國印第安納大學的理論物理學家，他說：“如果LARES衛(wèi)星能夠達成其觀測精度，這將可以對相對論進行非常好的驗證�！�
幫助驗證相對論的金屬球
LARES基本上就是一個圓球，其主體是一個堅固的金屬球，用鎢金屬制成，重362公斤，直徑僅有35.5厘米。這個圓球的外部鑲嵌了很多反射器，以便當它在太空飛行時地面的激光追蹤網(wǎng)絡能夠跟蹤其在軌道上的精確位置，精度可達毫米級。
探測器的運行軌道和地球赤道之間存在一個夾角。根據(jù)愛因斯坦理論的計算，塞佛利尼的小組認為地球自轉產(chǎn)生的慣性系拖曳效應將會讓衛(wèi)星的軌道產(chǎn)生輕微進動。這是由于衛(wèi)星被隨地球自轉扭曲的時空帶動產(chǎn)生的效應。
在一年的時間內，這種效應預計將導致衛(wèi)星運行軌道傾角出現(xiàn)大約千萬分之一的誤差，也就是說大約經(jīng)過1000萬年后，由慣性系拖曳效應導致的誤差將可以致使衛(wèi)星的運行軌道圍繞地球整個翻轉一圈。除了角度之外，在一年內衛(wèi)星的位置也將出現(xiàn)大約4米的誤差，這一誤差可以由地面激光測量監(jiān)視系統(tǒng)精確地測出，其誤差將小于1%。
不能停止對廣義相對論的檢驗
LARES衛(wèi)星的大質量特點讓它對地球的大氣拖拽效應不敏感，由于它運行在距離地面1450公里的高軌道上，這里的大氣拖拽效應本身也非常微弱。并且這一高密度球體衛(wèi)星受到太陽光壓的影響也非常微小，幾乎可以忽略不計。
其它因素，如地球本身并非一個理想球體，實際上導致的衛(wèi)星進動幅度更大，大約3年左右就可以讓衛(wèi)星運行軌道偏移一周。但是研究人員將會使用各種數(shù)據(jù)分析手段，并參考之前各項任務的數(shù)據(jù)，從而從這些背景數(shù)據(jù)中篩選出由于慣性系拖曳效應導致的誤差值。
愛因斯坦的廣義相對論或許仍將通過本輪測試。但科學家們相信廣義相對論最終必定會失效，但是是在非常微觀的尺度上，在這一尺度上量子理論開始發(fā)揮作用。當然，在科學上很多事情仍然是無法做出非常肯定的斷言的。
塞佛利尼說：“在過去的100年里，愛因斯坦的廣義相對論已經(jīng)經(jīng)受住了無數(shù)的實驗檢驗，但是這一切并不是就意味著我們應當停止這樣的檢驗�！�
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