歐洲金屬球衛星將檢驗愛因斯坦廣義相對論

“激光相對論衛星”(LARES)正在位于南美洲法屬圭亞那的庫魯航天中心做發射升空前的最后準備工作

　　北京時間2月15日消息，據美國國家地理網站報道，2月13日，歐洲織女星火箭首次發射成功。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星，盡管其耗資很少，但據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，在經過超過40年的艱苦研發之后，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象，即由于地球的自轉導致周遭的時空結構隨之發生扭曲的效應。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量級。”

　　這顆探測衛星名為“激光相對論衛星”，縮寫為“LARES”，它搭載在織女星火箭上，于法屬圭亞那當地時間7:00(北京時間當日18:00)發射升空。現在這顆衛星已經開始在軌工作，它將在未來數年內連續發回有關慣性系拖曳效應的測量數據。

　　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。根據愛因斯坦理論的計算，塞佛利尼的小組認為地球自轉產生的慣性系拖曳效應將會讓衛星的軌道產生輕微進動。這是由于衛星被隨地球自轉扭曲的時空帶動產生的效應。

　　在一年的時間內，這種效應預計將導致衛星運行軌道傾角出現大約千萬分之一的誤差，也就是說大約經過1000萬年后，由慣性系拖曳效應導致的誤差將可以致使衛星的運行軌道圍繞地球整個翻轉一圈。除了角度之外，在一年內衛星的位置也將出現大約4米的誤差，這一誤差可以由地面激光測量監視系統精確地測出，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，實際上導致的衛星進動幅度更大，大約3年左右就可以讓衛星運行軌道偏移一周。但是研究人員將會使用各種數據分析手段，并參考之前各項任務的數據，從而從這些背景數據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經受住了無數的實驗檢驗，但是這一切并不是就意味著我們應當停止這樣的檢驗。”