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太陽引力紅移高精確度測量驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性


由西班牙加那利天文研究所領導的一個國際研究小組以前所未有的精確度測量了太陽的引力紅移,這是太陽光譜中線條頻率的變化,當光線從太陽引力場逃逸到地球的途中時產生的。這項研究驗證了愛因斯坦廣義相對論的預測之一。

愛因斯坦在1911年至1916年間發表的《廣義相對論》提出了一個新的空間和時間概念,它證明了巨大的物體會引起時空的扭曲,而這種扭曲就是引力。例如,光在巨大物體附近以彎曲的路徑傳播,結果之一就是在位於一個較近的巨大物體後面,光被它扭曲了。

廣義相對論的其它眾所周知的效應是觀察到的水星軌道因圍繞巨大的太陽而逐漸發生變化,或者引力紅移,即太陽光譜中的線條因其引力場而向紅色位移。

引力紅移是衛星導航系統的一個重要效應,如果不把廣義相對論放入計算中,GPS就無法工作。這種效應取決於天體的質量和半徑,因此,即使對於太陽來說,即使它比地球大,但在太陽光譜中仍然難以測量。

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1920年,愛因斯坦寫道:"對於太陽,理論上預測的紅移大約是波長的萬分之二。這種效應是否真的存在是一個懸而未決的問題,目前天文學家正在努力解決這個問題。對於太陽來說,由於這種效應太小,很難判斷它的存在。"

為了測量它,科學家們使用了從月球反射的太陽光譜的觀測數據,這些數據是用HARPS高精度徑向速度行星搜索器利用雷射頻率梳的新技術獲得的。

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加那利天文研究所研究員拉蒙·卡哈爾和喬納·岡薩雷斯·埃爾南解釋說:"將HARPS儀器的精度與雷射頻率梳相結合,我們已經能夠高精度地測量太陽光譜中的位置,這使我們能夠驗證愛因斯坦廣義相對論的預測之一,即引力紅移,精度僅為每秒幾米。"

加那利天文研究所主任拉斐爾·雷波羅說:"在8.2米的VLT望遠鏡上,用ESPRESSO光譜儀上連接的雷射頻率梳進行新的測量,將使我們能夠改進這些測量。"

《天文學與天體物理學》雜誌上發表了這項研究。

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