未知的神秘引力:月球仍存在無法解釋的運動

2010/8/22   (6601)   原稿來源: http://big5.ce.cn/gate/big5/sc

1687年，牛頓發表了他的萬有引力理論。1916年，愛因斯坦發表了他的廣義相對論。但在過去的幾十年裏，觀測和實驗又發現了一些新的有趣的引力現象。為了解決觀測到的這些“異常”，也許需要再一次地修改引力理論。

月球的異常運動

20世紀70年代美國的宇航員和蘇聯的探月著陸器分別把鐳射反射鏡送上了月球表面。天文學家們使用這些反射鏡來跟蹤月球的位置，其精度可以達到大約幾個毫米。

在分析了38年的由鐳射測月得到的高精度地月距離數據以後，天文學家發現月球繞地球的軌道正在越來越偏離圓形。月球近地點和遠地點之間的距離差正在以意料之外的每年6毫米的速度增長。不過有些人認為並不需要擔心。因為在地球和月球內部的潮汐力也會作用於月球的軌道。

但在考慮了潮汐阻尼的作用之後，月球仍然存在著無法解釋的運動。

地球正在遠離太陽

天文單位——太陽和地球間的平均距離——被認為是一個天文常數。科學家使用雷達測距技術來測量地球和行星之間的距離，進而得出天文單位的數值。天文學家測得的天文單位已經具有了11位有效數字，使得它成為了被測量得最精準的天文常數。

在火星上有3個和飛機上所使用的非常相似的無線電應答器。這些應答器分別裝載在“海盜”1號著陸器、“海盜”2號著陸器以及“火星探路者”探測器上。由此美國宇航局深空探測網可以測量著陸器和地球之間的距離。

在分析了大量的觀測數據之後，天文學家發現天文單位正在以每世紀7米的速度增長。換句話說地球正在以這個速度離開太陽。在考慮了所有已知的相互作用之後，目前天文學家依然無法解釋這一現象。

“先驅者”號異常

奇怪的引力現象並不僅僅局限在太陽系的自然天體上。正在從兩個相反方向離開太陽系的“先驅者”10號和11號也存在著異常，它們所在位置與理論預言的也對不上。

“先驅者”10號發射于1972年3月2日，現在距離太陽96個天文單位，並且正在以每年2.5個天文單位的速度向太陽系外進發。“先驅者”11號發射于1973年4月6日，距離太陽大約75個天文單位，每年朝天鷹座方向前進2.4個天文單位。

20世紀90年代末，天文學家分析了“先驅者”10號為期11年和“先驅者”11號為期4年的深空探測網觀測資料，發現1998年“先驅者”10號的位置比根據牛頓和愛因斯坦的引力理論預期的近了5.8萬千米。“先驅者”11號的情況也差不多，它的距離比預期的要近了大約6000千米。這就好像有某種力作用在這兩個探測器上，使得它們在以恒定的速率減速。

怪異的軌道

此外，天文學家們還發現6個借助地球引力助推的探測器軌道能量存在異常變化，而且這些異常的變化無法用牛頓引力定律來解釋。

1990年12月伽利略探測器飛掠地球時第一次發現了這一異常。當時“伽利略”距離地球大約200萬千米，正以每秒8891米的速度向地球靠近。科學家們預計當“伽利略”離開地球到相當的距離的時候也應該具有相同的速度。然而，測量卻發現它超速了每秒4毫米。儘管這個值非常小，但是它實實在在的就在觀測數據裏。

觀測發現，1998年1月的舒梅克近地小行星探測器也存在著加速現象。它的加速效應大約是“伽利略”的3倍，達到了每秒13.5毫米。在2005年3月的羅塞塔探測器上觀測到了類似的現象，這次它的反常速度為每秒2毫米。

這些結果著實把科學家們給難住了。是什麼為探測器注入了能量並且讓它們加速的呢？

新物理學

儘管科學家們都相信這些太陽系的異常現象背後都有一定的解釋，但是沒人能給出一個清晰的源頭。一種觀點是，新的引力理論可以解釋觀測到的異常。也許天文學正在經歷向一種新的物理學或者至少是一種新的引力理論的轉變。

如果最終我們發現了是什麼造成了探測器預料之外的加速和異常以及月球軌道和太陽引力的變化，那麼我們就會知道我們是否真的了解引力了。