迄今最精準(zhǔn)太陽(yáng)光譜測(cè)量指示引力紅移效應(yīng)

廣義相對(duì)論由著名物理學(xué)家阿爾伯特愛因斯坦于1916年最終創(chuàng)立，認(rèn)為質(zhì)量巨大的物體會(huì)造成時(shí)空扭曲，進(jìn)而形成我們所熟知的“引力”，比如，如果把太陽(yáng)系比作一個(gè)平面，太陽(yáng)所造成的時(shí)空扭曲就好比是在一張四個(gè)角被拉住、懸在空中的桌布中心放置一個(gè)籃球，致使桌布中心下陷，而太陽(yáng)系內(nèi)的行星則好比是在這張桌布上，按離凹陷中心的距離沿一些設(shè)計(jì)好的圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的切線發(fā)射一些帶質(zhì)量的小球，這些小球在發(fā)射后便會(huì)繞凹陷中心進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)（這里桌布的例子只是一個(gè)類比，實(shí)際的行星運(yùn)動(dòng)軌跡并非圓周，而由于太陽(yáng)系本身也是在運(yùn)動(dòng)的，所以太陽(yáng)系內(nèi)的天體大都以一種“類螺旋”的方式在空間中運(yùn)動(dòng)）。

愛因斯坦在廣義相對(duì)論中預(yù)言，如果物體的質(zhì)量足夠巨大，那哪怕是光線也會(huì)在經(jīng)過(guò)其時(shí)因嚴(yán)重的時(shí)空扭曲而被扭曲光路，而如果真是這樣，我們?cè)诘厍蛏媳隳苡^測(cè)到所謂的“愛因斯坦交叉”現(xiàn)象，該現(xiàn)象是引力透鏡效應(yīng)的代表性觀測(cè)之一，其實(shí)就是距離我們十分遙遠(yuǎn)的星系所發(fā)出的光線，因傳播路徑上的時(shí)空扭曲而被扭曲，導(dǎo)致我們?cè)诘厍蛏夏苡^測(cè)到4個(gè)不同的、該星系的圖像。

而除了天體運(yùn)動(dòng)和愛因斯坦交叉現(xiàn)象，廣義相對(duì)論其它廣為人知的觀測(cè)證據(jù)還有由太陽(yáng)四周的時(shí)空扭曲所造成的水星軌道的變化（水星進(jìn)動(dòng)），以及一種被稱作“引力紅移”的現(xiàn)象，指的是太陽(yáng)所發(fā)出光線的光譜因受太陽(yáng)引力影響而往紅光及紅外位置移動(dòng)（波長(zhǎng)變長(zhǎng)）。

引力紅移效應(yīng)對(duì)天文觀測(cè)和導(dǎo)航系統(tǒng)的影響巨大，如果不將其納入計(jì)算，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）很可能就會(huì)因計(jì)算出錯(cuò)而無(wú)法為地面人員提供可靠的服務(wù)，但盡管如此，學(xué)界對(duì)“我們是否真能從太陽(yáng)的光譜分析中發(fā)現(xiàn)引力紅移”這一問(wèn)題還一直沒(méi)有定論。根據(jù)愛因斯坦于1920年做出的理論預(yù)期，太陽(yáng)光譜中的紅移僅約為紅光波長(zhǎng)的百萬(wàn)分之二，這對(duì)現(xiàn)代天文學(xué)家們來(lái)說(shuō)也是一個(gè)十分“頭疼”的精度，但根據(jù)一篇近日發(fā)表在《天文及天體物理學(xué)》上的研究，加拿大的一組研究人員再一次刷新了太陽(yáng)光譜引力紅移效應(yīng)的測(cè)量精度，認(rèn)為太陽(yáng)光譜中的引力紅移效應(yīng)確實(shí)存在，在結(jié)果上再一次驗(yàn)證了廣義相對(duì)論。

此次的研究結(jié)果主要由高精度徑速搜尋器（HARPS，HighAccuracy Radial-velocity PlanetSearcher）對(duì)從月球反射到地球的太陽(yáng)光分析獲得。該搜尋器于2002年被安裝在歐洲南方天文臺(tái)（ESO）位于智利的，口徑為3.6米的一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡上。HARPS的主體被放置在一個(gè)真空容器中（能避免由溫度和氣壓變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差），內(nèi)置兩根光纖，一根用于收集所觀測(cè)到的星光，一根用于記錄觀測(cè)處的光譜信息，是目前歐洲南方天文臺(tái)精度最高的行星搜尋用光譜儀。

論文作者，加拿大Instimto de Astrofi sica deCanarias（IAC，一個(gè)天文研究機(jī)構(gòu)）研究員，JonayGonz lezHem ndez說(shuō)：“通過(guò)將HARPS的精度和激光頻率梳用于太陽(yáng)的光譜分析，我們已能高精度地測(cè)量太陽(yáng)光譜中‘鐵元素的光譜線，并以‘每秒個(gè)位數(shù)米的精度驗(yàn)證引力紅移效應(yīng)?！?/p>

論文共同作者，IAC主管Rafael Rebolo說(shuō)：“雖然此次的研究已是當(dāng)前這一課題內(nèi)的最高精度，但如果我們能將HARPS用在歐洲南方天文臺(tái)更大口徑的望遠(yuǎn)鏡上（如V Lt），精度應(yīng)該能比現(xiàn)在有進(jìn)一步提升?！?/p>