通过精确计算水星轨道中不寻常的偏移,爱因斯坦为他的广义相对论获得了重要支持。广义相对论认为,引力是由于质量弯曲时空而产生的。通过研究围绕地球运行的两颗人造卫星的轨道,科学家们现在表示,他们已经证实了该理论预测的一个小得多的效应:即质量在旋转时会拖动时空。
天体物理学家认为,这种“框架拖曳”对于快速旋转的中子星和黑洞来说至关重要,但在地球附近,这种效应非常小。今年4月,美国宇航局发射了重力探测器B卫星,该卫星携带高精度陀螺仪,旨在以约1%的精度测量该效应。今天在《自然》杂志上撰文的研究人员分析了早期两颗卫星在11年期间的位置测量数据,并确定卫星8000万米长的轨道每年偏移约两米。意大利莱切大学的伊格纳齐奥·丘福利尼和马里兰大学巴尔的摩县分校的埃里科斯·帕夫利斯得出结论,偏移量在相对论预测的速率的1%以内,尽管他们只声称精度为10%。在随附的评论中,科罗拉多大学的尼尔·阿什比称这一结果为“首次对框架拖曳进行相当准确的测量”。
科学家们使用了来自LAGEOS和LAGEOS 2卫星的数据,这些卫星旨在测量地球陆地的运动。每个沙滩球大小的球体都布满了角反射器以反射光线,很像高速公路上的中心点。通过定时短激光脉冲的返回,研究人员可以将卫星的距离测量到几毫米以内,并将其与预测值进行比较。作者使用了最近对地球略微不对称质量的精确测量,并比较了两颗卫星,以分离出微小的框架拖曳效应。尽管如此,研究人员仍将热切地等待2006年重力探测器B的结果,该结果不应需要大量的背景校正。“我完全预计这一声明将受到大量审查,”阿什比说。
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尽管广义相对论被广泛接受,但确实存在其他引力理论,并且精确的测试有时会产生惊喜。例如,爱因斯坦在他的方程中设置为零的一个项现在被认为是正在加速宇宙膨胀的“暗能量”。