暗物质环绕地球吗?

暗物质可能对地球、月球和气体巨星产生可测量的影响

宇宙中暗物质的丰度是普通物质的五倍。但它仍然是一个谜,因为它不可见,并且几乎总是直接穿过普通物质。天文学家只是通过推断其引力来发现暗物质的存在——值得注意的是,它阻止了旋转星系分崩离析。然而,天文学家可能想要把目光投向更近的地方,而不是凝视遥远的星系来研究它:暗物质可能正在我们的太阳系中产生可测量的影响。

理论物理学家斯蒂芬·阿德勒(Stephen Adler)是新泽西州普林斯顿高等研究院的学者,他坚持认为,研究人员应该特别关注地球和月球。他解释说,如果地球和月球一起测量的质量似乎大于它们各自质量的总和,那么这种差异可能归因于它们之间存在的暗物质晕。

阿德勒部分是在研究了用月球轨道飞行器测量月球质量以及用LAGEOS大地测量卫星测量地球质量的研究后得出这一结论的——
激光束反射球体,这些球体已经在轨道上运行多年。向卫星发射激光可以揭示每颗卫星轨道的半径以及每颗卫星完成轨道所需的时间。通过这些测量,科学家可以计算出卫星受到的引力,从而计算出产生该引力的质量大小。


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接下来,阿德勒研究了用激光反射阿波罗登月任务在月球上放置的反射镜来测量地球到月球距离的研究。如果地球对月球的引力异常强于对大约12300公里外的LAGEOS卫星的引力,而月球大约在384000公里外,那么这种额外的引力可能归因于月球和人造卫星之间的暗物质晕。根据当前的数据,阿德勒在10月17日出版的《物理学报A》上估计,地球和月球之间最多存在约24万亿公吨的暗物质。他补充说,这样的暗物质晕可能解释了先驱者号、伽利略号、卡西尼号、罗塞塔号和近地小行星探测器任务航天器的轨道异常现象。

阿德勒还推测,暗物质可能对我们太阳系中的四个气体巨星——木星、土星、天王星和海王星产生显著影响。如果这些巨大的行星引力捕获了暗物质,那么暗物质粒子可能会撞击它们——这是罕见的事件,但足以加热气体巨星,并解释为什么这些行星(甚至地球)的内部似乎比已知的机制所能解释的更热。这也可能解释为什么天王星看起来异常寒冷——这颗行星异常倾斜,可能是由于巨大的撞击造成的,阿德勒推测,这次撞击可能已经撞掉了通常可能加热天王星的大部分暗物质云。

波特兰大学的理论天体物理学家伊桑·西格尔(Ethan Siegel)评论说,暗物质可能对行星的加热也可能为这种物质的未知特性提供线索——例如,它与普通物质碰撞的频率,或者暗物质是聚集在恒星和行星周围,还是均匀地分布在整个星系中。例如,如果暗物质粒子是它们自身的反粒子,正如一些研究人员所推测的那样,那么当它们相互湮灭时释放的能量将比仅仅与原子碰撞更强烈地加热行星。这种情况意味着暗物质在我们的太阳系中不能聚集太多,否则太阳系会热得多。

加州理工学院的天体物理学家安妮卡·彼得(Annika Peter)对暗物质正在改变行星的热量持怀疑态度,她说这需要“极其不切实际的暗物质量”。俄亥俄州立大学的天文学家安德鲁·古尔德(Andrew Gould)也怀疑太阳系中会聚集太多暗物质——他认为,与行星的引力相互作用应该主要将其 eject 出去,就像它们清除了太阳系中大部分原始普通物质一样。不过,西格尔认为,当太阳系穿过星系时,它可能会吸积额外的暗物质。

到目前为止,太阳系中是否存在任何暗物质仍然像它在其他地方的存在一样神秘。“如果地球周围有一个暗物质晕,就像范艾伦辐射带或土星环一样,那将非常令人着迷,”阿德勒说——因为这样研究人员可能会更容易揭开这种既普遍又难以捉摸的物质的神秘面纱。

狗仔物理学
物理学家非常渴望获得任何关于暗物质的新数据,以至于有些人会不顾一切地抓住任何线索。今年早些时候,有传言称,2006年发射的PAMELA卫星任务的最新结果揭示了暗物质与普通物质的相互作用。但负责该任务的研究人员没有分享他们的发现,只是在会议上展示了一些幻灯片。

尽管如此,这些惊鸿一瞥对于法国吉夫-叙尔-伊薇特理论物理研究所的马可·西雷利(Marco Cirelli)以及其他研究人员来说已经足够了。他们拍摄了8月20日在斯德哥尔摩举行的PAMELA演示文稿的照片。(西雷利指出,他是经演讲者许可这样做的。)

到目前为止,西雷利和其他人已经发布了超过六篇在线论文,引用了这些幻灯片。一些科学家谴责这种狗仔物理学,担心这可能会危及该数据在期刊上的发表;一些人则为之辩护,因为这些数据是 благодаря 公共资金获得的。

注:本文最初以标题“邻近的黑暗”印刷。

查尔斯·Q·崔 是《大众科学》的常驻撰稿人。他的作品也曾发表在《纽约时报》、《科学》、《自然》、《连线》和《LiveScience》等刊物上。在他的业余时间,他游历了七大洲。

更多作者:查尔斯·Q·崔
大众科学杂志 第300卷 第1期本文最初以“暗物质环绕地球吗?”为标题发表在《大众科学杂志》 第300卷 第1期(
doi:10.1038/scientificamerican012009-2ivU66hhggu0KIWhuJFB7t
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