神秘引力:月球与太空船的异常运动
2013-05-22 22:25
来源: 浙江日报
1687年，牛顿发表了他的万有引力理论。1916年，爱因斯坦发表了他的广义相对论。但在过去的几十年里，观测和实验又发现了一些新的有趣的引力现象。为了解决观测到的这些「异常」，也许需要再一次地修改引力理论。
月球的异常运动
20世纪70年代美国的宇航员和苏联的探月着陆器分别把镭射反射镜送上了月球表面。天文学家们使用这些反射镜来跟踪月球的位置，其精度可以达到大约几个毫米。
在分析了38年的由镭射测月得到的高精度地月距离数据以後，天文学家发现月球绕地球的轨道正在越来越偏离圆形。月球近地点和远地点之间的距离差正在以意料之外的每年6毫米的速度增长。不过有些人认为并不需要担心。因为在地球和月球内部的潮汐力也会作用於月球的轨道。
但在考虑了潮汐阻尼的作用之後，月球仍然存在着无法解释的运动。
地球正在远离太阳
天文单位——太阳和地球间的平均距离——被认为是一个天文常数。科学家使用雷达测距技术来测量地球和行星之间的距离，进而得出天文单位的数值。天文学家测得的天文单位已经具有了11位有效数字，使得它成为了被测量得最精准的天文常数。
在火星上有3个和飞机上所使用的非常相似的无线电应答器。这些应答器分别装载在「海盗」1号着陆器、「海盗」2号着陆器以及「火星探路者」探测器上。由此美国宇航局深空探测网可以测量着陆器和地球之间的距离。
在分析了大量的观测数据之後，天文学家发现天文单位正在以每世纪7米的速度增长。换句话说地球正在以这个速度离开太阳。在考虑了所有已知的相互作用之後，目前天文学家依然无法解释这一现象。
「先驱者」号异常
奇怪的引力现象并不仅仅局限在太阳系的自然天体上。正在从两个相反方向离开太阳系的「先驱者」10号和11号也存在着异常，它们所在位置与理论预言的也对不上。
「先驱者」10号发射於1972年3月2日，现在距离太阳96个天文单位，并且正在以每年2.5个天文单位的速度向太阳系外进发。「先驱者」11号发射於1973年4月6日，距离太阳大约75个天文单位，每年朝天鹰座方向前进2.4个天文单位。
20世纪90年代末，天文学家分析了「先驱者」10号为期11年和「先驱者」11号为期4年的深空探测网观测资料，发现1998年「先驱者」10号的位置比根据牛顿和爱因斯坦的引力理论预期的近了5.8万千米。「先驱者」11号的情况也差不多，它的距离比预期的要近了大约6000千米。这就好像有某种力作用在这两个探测器上，使得它们在以恒定的速率减速。
怪异的轨道
此外，天文学家们还发现6个借助地球引力助推的探测器轨道能量存在异常变化，而且这些异常的变化无法用牛顿引力定律来解释。
1990年12月伽利略探测器飞掠地球时第一次发现了这一异常。当时「伽利略」距离地球大约200万千米，正以每秒8891米的速度向地球靠近。科学家们预计当「伽利略」离开地球到相当的距离的时候也应该具有相同的速度。然而，测量却发现它超速了每秒4毫米。尽管这个值非常小，但是它实实在在的就在观测数据里。
观测发现，1998年1月的舒梅克近地小行星探测器也存在着加速现象。它的加速效应大约是「伽利略」的3倍，达到了每秒13.5毫米。在2005年3月的罗塞塔探测器上观测到了类似的现象，这次它的反常速度为每秒2毫米。
这些结果着实把科学家们给难住了。是什麽为探测器注入了能量并且让它们加速的呢？
新物理学
尽管科学家们都相信这些太阳系的异常现象背後都有一定的解释，但是没人能给出一个清晰的源头。一种观点是，新的引力理论可以解释观测到的异常。也许天文学正在经历向一种新的物理学或者至少是一种新的引力理论的转变。
如果最终我们发现了是什麽造成了探测器预料之外的加速和异常以及月球轨道和太阳引力的变化，那麽我们就会知道我们是否真的了解引力了。
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