欧洲金属球卫星将检验爱因斯坦广义相对论

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来源：http://www.cnbeta.com/articles/172744.htm
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据美国国家地理网站报道，昨天，欧洲织女星火箭首次发射成功。其上面搭载了一颗旨在验证爱因斯坦广义相对论的低成本探测卫星，尽管其耗资很少，但据称其探测精度将比此前美国宇航局进行的该项研究高出几乎100倍。在2000年年中，在经过超过40年的艰苦研发之后，由美国斯坦福大学领衔研制的耗资8亿美元的“引力探测器B”卫星探测到了“惯性系拖曳效应” (Frame dragging)。

这是一种爱因斯坦的理论中所预言的现象，即由于地球的自转导致周遭的时空结构随之发生扭曲的效应。但是由于技术上的问题，美国宇航局的探测计划只达到了大约20%的精度。
而此次这一由意大利领衔研制的新型卫星仅仅耗资1000万美元，却将有望大大改进观测的精度。伊戈纳兹尔·塞佛利尼(Ignazio Ciufolini)来自意大利萨兰托大学，他是此次探测项目的负责人，他说：“如果我们能达到1%的精度——我很自信我们可以达到，那么我们将能够将之前引力探测器B的探测精度提升一个数量级。”
这颗探测卫星名为“激光相对论卫星”，缩写为“LARES”，它搭载在织女星火箭上，于法属圭亚那当地时间7:00(北京时间当日18:00)发射升空。现在这颗卫星已经开始在轨工作，它将在未来数年内连续发回有关惯性系拖曳效应的测量数据。
阿兰·康斯坦拉基(Alan Kostelecky)是一名来自美国印第安纳大学的理论物理学家，他说：“如果LARES卫星能够达成其观测精度，这将可以对相对论进行非常好的验证。”
帮助验证相对论的金属球
LARES基本上就是一个圆球，其主体是一个坚固的金属球，用钨金属制成，重362公斤，直径仅有35.5厘米。这个圆球的外部镶嵌了很多反射器，以便当它在太空飞行时地面的激光追踪网络能够跟踪其在轨道上的精确位置，精度可达毫米级。
探测器的运行轨道和地球赤道之间存在一个夹角。根据爱因斯坦理论的计算，塞佛利尼的小组认为地球自转产生的惯性系拖曳效应将会让卫星的轨道产生轻微进动。这是由于卫星被随地球自转扭曲的时空带动产生的效应。
在一年的时间内，这种效应预计将导致卫星运行轨道倾角出现大约千万分之一的误差，也就是说大约经过1000万年后，由惯性系拖曳效应导致的误差将可以致使卫星的运行轨道围绕地球整个翻转一圈。除了角度之外，在一年内卫星的位置也将出现大约4米的误差，这一误差可以由地面激光测量监视系统精确地测出，其误差将小于1%。
不能停止对广义相对论的检验
LARES卫星的大质量特点让它对地球的大气拖拽效应不敏感，由于它运行在距离地面1450公里的高轨道上，这里的大气拖拽效应本身也非常微弱。并且这一高密度球体卫星受到太阳光压的影响也非常微小，几乎可以忽略不计。
其它因素，如地球本身并非一个理想球体，实际上导致的卫星进动幅度更大，大约3年左右就可以让卫星运行轨道偏移一周。但是研究人员将会使用各种数据分析手段，并参考之前各项任务的数据，从而从这些背景数据中筛选出由于惯性系拖曳效应导致的误差值。
爱因斯坦的广义相对论或许仍将通过本轮测试。但科学家们相信广义相对论最终必定会失效，但是是在非常微观的尺度上，在这一尺度上量子理论开始发挥作用。当然，在科学上很多事情仍然是无法做出非常肯定的断言的。
塞佛利尼说：“在过去的100年里，爱因斯坦的广义相对论已经经受住了无数的实验检验，但是这一切并不是九意味着我们应当停止这样的检验。”（文/新浪环球地理）