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標 題[摘錄]天文學家利用卡西尼號進行愛因斯坦相對論實驗
發信站銘傳築夢別境 (Sat Oct 4 23:17:10 2003)
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一組義大利的科學家利用美國NASA的土星探測船—卡西尼號(Cassini spacecraft)
進行愛因斯坦廣義相對論的實驗測試,所獲得的結果精密度較之前的類似研究高出50
倍以上。此篇研究成果發表在9月25日的自然(Nature)雜誌中。
這個實驗是在2002年夏進行的,當時卡西尼號與土星恰巧與地球位在太陽的兩側,距
離地球約10億公里左右,此時卡西尼號與地球之間聯繫用的電波必須穿越太陽附近。
地球上的科學家向卡西尼號發出電波,之後再接收卡西尼號向地球發出的電波回波,
藉此測量電波頻率的位移量。
1911年,愛因斯坦發表的廣義相對論中曾預言:當光線經過質量很大的重力場時,因
強重力場會使附近的時間與空間彎曲,使得原本應直線前進的光線,會受到這股重力
影響、順著彎曲的空間而偏折,謂之「重力透鏡效應」。這個預言在1916年的日食中
觀測證實,因而使愛因斯坦聲名大噪,從此認同廣義相對論的正確性,並修正牛頓古
典力學的使用範圍。由於卡西尼號與地球之間的訊號,必須穿越太陽的強大重力場,
使得電波訊號往返地球與卡西尼號之間的時間有延遲,藉由測量延遲的時間量,便可
計算出這樣的重力透鏡效應是否存在。
這樣的廣義相對論的測試對宇宙論來說有很重要的意義。問題不在於廣義相對論是否
為真,而是在於廣義相對論的真實精確度可以到什麼程度。過去,科學家曾利用1979
年維京人號太空船(Viking)登陸火星時做過類似的實驗,當時的實驗結果認為愛因
斯坦理論預測的精確度高達千分之一。而由於電信工程的技術提昇,利用多波段的交
互比對,與大口徑(34公尺)望遠鏡接收訊號的高解析度,減低了太陽日冕與地球大
氣的干擾後,此次卡西尼號太空船的實驗結果,則可將愛因斯坦理論的精確度推至百
萬分之20。這個實驗同時證明了這些電信傳輸系統的性能非常優良,因此科學家們對
未來的太空航行深具信心。除了檢測廣義相對論的精確度外,這個實驗還計畫搜尋低
頻重力波的存在。
卡西尼號是由美國太空總署(NASA)、歐洲太空總署(ESA)與義大利太空局(talian
Space Agency)等合作設計用來探測土星的太空船,預計在在2004年7月1日成為還傲
土星運行的人造衛星,同時太空船上裝載的惠更斯號探測器(Huygens probe),則會
在六個月之後向土星最大的衛星—泰坦(土衛六,Titan)發射,一探泰坦躲在濃厚大
氣層下的神秘世界。
參考資料來源:
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/press-releases-03/20031002-pr-a.cfm
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