太阳引力红移高精确度测量验证了爱因斯坦广义相对论的正确性


太阳引力红移高精确度测量验证了爱因斯坦广义相对论的正确性

高精度径向速度行星搜索器

由西班牙加那利天文研究所领导的一个国际研究小组以前所未有的精确度测量了太阳的引力红移,这是太阳光谱中线条频率的变化,当光线从太阳引力场逃逸到地球的途中时产生的。这项研究验证了爱因斯坦广义相对论的预测之一。

爱因斯坦在1911年至1916年间发表的《广义相对论》提出了一个新的空间和时间概念,它证明了巨大的物体会引起时空的扭曲,而这种扭曲就是引力。例如,光在巨大物体附近以弯曲的路径传播,结果之一就是在位于一个较近的巨大物体后面,光被它扭曲了。


太阳引力红移高精确度测量验证了爱因斯坦广义相对论的正确性

用爱因斯坦广义相对论的时空扭曲表现太阳、地球和月球

广义相对论的其它众所周知的效应是观察到的水星轨道因围绕巨大的太阳而逐渐发生变化,或者引力红移,即太阳光谱中的线条因其引力场而向红色位移。

引力红移是卫星导航系统的一个重要效应,如果不把广义相对论放入计算中,GPS就无法工作。这种效应取决于天体的质量和半径,因此,即使对于太阳来说,即使它比地球大,但在太阳光谱中仍然难以测量。


太阳引力红移高精确度测量验证了爱因斯坦广义相对论的正确性

质量庞大的星球上所发出的光远离星球时,会发生红位移,也就是从蓝色偏到红色

1920年,爱因斯坦写道:"对于太阳,理论上预测的红移大约是波长的万分之二。这种效应是否真的存在是一个悬而未决的问题,目前天文学家正在努力解决这个问题。对于太阳来说,由于这种效应太小,很难判断它的存在。"

为了测量它,科学家们使用了从月球反射的太阳光谱的观测数据,这些数据是用HARPS高精度径向速度行星搜索器利用激光频率梳的新技术获得的。

加那利天文研究所研究员拉蒙·卡哈尔和乔纳·冈萨雷斯·埃尔南解释说:"将HARPS仪器的精度与激光频率梳相结合,我们已经能够高精度地测量太阳光谱中的位置,这使我们能够验证爱因斯坦广义相对论的预测之一,即引力红移,精度仅为每秒几米。"

加那利天文研究所主任拉斐尔·雷波罗说:"在8.2米的VLT望远镜上,用ESPRESSO光谱仪上连接的激光频率梳进行新的测量,将使我们能够改进这些测量。"

《天文学与天体物理学》杂志上发表了这项研究。


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