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02 太阳系内的引力(第6页)

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除了平方反比定律之外,爱因斯坦预言引力存在着新的、更小的贡献。

对于一个像太阳系那样由大质量天体主导的系统,爱因斯坦的计算结果表明引力的新贡献中最强的一项和距离的立方成反比。

因此,相对于平方反比定律,越靠近太阳,引力这一新贡献的作用就越明显。

水星一直以来都是距离太阳最近的行星,所以爱因斯坦给出的引力的新贡献对水星比对其他行星有更强的影响。

爱因斯坦的计算表明:水星轨道每个世纪被拽着绕太阳进动43角秒(1角秒等于13600度[1])。

这个量非常微小,但足以被天文学家们捕捉到,它和勒维耶测量的水星轨道逆行结果一致。

这样,爱因斯坦的引力理论在1915年解释了水星轨道问题,这是它在观测上获得的第一个大成功。

现在对水星轨道的观测比起19世纪来要容易多了。

我们对所有行星的轨道现在都有了非常精确的了解,这对于计算水星轨道偏移是十分重要的。

举个例子,金星对水星的扰动是爱因斯坦引力修正值的六倍大。

因此人们必须很精准地知道金星的位置。

然而这还不是现代观测最大的误差来源,太阳形状的不确定性才是。

太阳形状和球形的一点点偏差都会和爱因斯坦引力效应混在一起。

太阳形状很不容易精确测量,所以我们只能说水星轨道异常与爱因斯坦理论是一致的,其精确度为11000。

对水星轨道的解释令人印象深刻,但它不能称为一个预言,因为在爱因斯坦出生之前它就被人熟知了。

爱因斯坦理论一个天才般的预言是光线经过太阳时会发生偏折。

在爱因斯坦之前人们并不知道光会不会被引力影响,因为牛顿引力定律只适用于有质量物体(而光是无质量的)。

而在爱因斯坦的理论中,光和其他物体一样都走弯曲时空中最短的路线,因此爱因斯坦预言光会被大质量天体附近的引力场折弯。

爱因斯坦的计算表明:光线在刚好掠过大质量天体表面时弯折得最厉害。

太阳系内最大质量的天体就是太阳,但是我们得等到日全食发生时才能看到太阳附近的星光,否则太阳光会吞没一切。

验证星光偏折的第一个好机会出现在1919年,那时第一次世界大战刚结束。

亚瑟·爱丁顿爵士(SirArthurEddington)领导了一支探险队去测量太阳附近星星的位置,从而验证爱因斯坦的引力理论。

爱丁顿的远征队去了非洲的普林西比岛,因为那里可以观测到日全食。

他利用当时最先进的感光板很仔细地做了测量。

当时的条件并不理想,但爱丁顿还是成功测量了全食发生时星星的位置。

他发现它们确实都因为星光偏折在视觉上偏移了本来的位置,正如爱因斯坦预言的那样。

爱丁顿的结果足以证明爱因斯坦的理论是正确的,虽然精确度只有大约30%。

现如今对轨道的测量比19世纪要准确得多,其中一个原因是人们利用了一种非常明亮的天体——类星体(quasars)。

它们在天空中的位置恰好可以用来验证爱因斯坦的预言。

当它们从太阳后方穿过时,我们可以测量它们发出的光线的偏折。

人们利用甚长基线干涉仪(ier,它是一类利用大量探测器组合而产生高分辨率的天文望远镜)观测了数百万类星体。

这一工作的结果完美地符合爱因斯坦的理论,精确度达到了万分之一左右。

爱因斯坦理论一个比较新一些的预言是:射电信号在经过大质量天体的时候会发生时间延迟。

由于某些原因,科学家们直到1964年才观测到这一爱因斯坦引力理论的结论,而现在人们已经能够在不同的情况下测量它。

其中包括行星反射太阳的射电信号,以及人造卫星自主发射射电信号。

利用行星的优势在于人们能非常精确地了解它们的位置,而且很容易就能预测它们的运动轨迹。

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