廣義相對論由著名物理學(xué)家阿爾伯特愛因斯坦于1916年最終創(chuàng)立,認(rèn)為質(zhì)量巨大的物體會造成時空扭曲,進而形成我們所熟知的“引力”,比如,如果把太陽系比作一個平面,太陽所造成的時空扭曲就好比是在一張四個角被拉住、懸在空中的桌布中心放置一個籃球,致使桌布中心下陷,而太陽系內(nèi)的行星則好比是在這張桌布上,按離凹陷中心的距離沿一些設(shè)計好的圓周運動軌跡的切線發(fā)射一些帶質(zhì)量的小球,這些小球在發(fā)射后便會繞凹陷中心進行圓周運動(這里桌布的例子只是一個類比,實際的行星運動軌跡并非圓周,而由于太陽系本身也是在運動的,所以太陽系內(nèi)的天體大都以一種“類螺旋”的方式在空間中運動)。
愛因斯坦在廣義相對論中預(yù)言,如果物體的質(zhì)量足夠巨大,那哪怕是光線也會在經(jīng)過其時因嚴(yán)重的時空扭曲而被扭曲光路,而如果真是這樣,我們在地球上便能觀測到所謂的“愛因斯坦交叉”現(xiàn)象,該現(xiàn)象是引力透鏡效應(yīng)的代表性觀測之一,其實就是距離我們十分遙遠(yuǎn)的星系所發(fā)出的光線,因傳播路徑上的時空扭曲而被扭曲,導(dǎo)致我們在地球上能觀測到4個不同的、該星系的圖像。
而除了天體運動和愛因斯坦交叉現(xiàn)象,廣義相對論其它廣為人知的觀測證據(jù)還有由太陽四周的時空扭曲所造成的水星軌道的變化(水星進動),以及一種被稱作“引力紅移”的現(xiàn)象,指的是太陽所發(fā)出光線的光譜因受太陽引力影響而往紅光及紅外位置移動(波長變長)。
引力紅移效應(yīng)對天文觀測和導(dǎo)航系統(tǒng)的影響巨大,如果不將其納入計算,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(如GPS)很可能就會因計算出錯而無法為地面人員提供可靠的服務(wù),但盡管如此,學(xué)界對“我們是否真能從太陽的光譜分析中發(fā)現(xiàn)引力紅移”這一問題還一直沒有定論。根據(jù)愛因斯坦于1920年做出的理論預(yù)期,太陽光譜中的紅移僅約為紅光波長的百萬分之二,這對現(xiàn)代天文學(xué)家們來說也是一個十分“頭疼”的精度,但根據(jù)一篇近日發(fā)表在《天文及天體物理學(xué)》上的研究,加拿大的一組研究人員再一次刷新了太陽光譜引力紅移效應(yīng)的測量精度,認(rèn)為太陽光譜中的引力紅移效應(yīng)確實存在,在結(jié)果上再一次驗證了廣義相對論。
此次的研究結(jié)果主要由高精度徑速搜尋器(HARPS,HighAccuracy Radial-velocity PlanetSearcher)對從月球反射到地球的太陽光分析獲得。該搜尋器于2002年被安裝在歐洲南方天文臺(ESO)位于智利的,口徑為3.6米的一臺望遠(yuǎn)鏡上。HARPS的主體被放置在一個真空容器中(能避免由溫度和氣壓變化導(dǎo)致的測量誤差),內(nèi)置兩根光纖,一根用于收集所觀測到的星光,一根用于記錄觀測處的光譜信息,是目前歐洲南方天文臺精度最高的行星搜尋用光譜儀。
論文作者,加拿大Instimto de Astrofi sica deCanarias(IAC,一個天文研究機構(gòu))研究員,JonayGonz lezHem ndez說:“通過將HARPS的精度和激光頻率梳用于太陽的光譜分析,我們已能高精度地測量太陽光譜中‘鐵元素的光譜線,并以‘每秒個位數(shù)米的精度驗證引力紅移效應(yīng)。”
論文共同作者,IAC主管Rafael Rebolo說:“雖然此次的研究已是當(dāng)前這一課題內(nèi)的最高精度,但如果我們能將HARPS用在歐洲南方天文臺更大口徑的望遠(yuǎn)鏡上(如V Lt),精度應(yīng)該能比現(xiàn)在有進一步提升。”