謝懿 編譯

1687年，牛頓發(fā)表了他的萬(wàn)有引力理論。1916年，愛因斯坦發(fā)表了他的廣義相對(duì)論。但在過去的幾十年里，觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)了一些新的有趣的引力現(xiàn)象。為了解決觀測(cè)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(yùn)動(dòng)

20世紀(jì)70年代美國(guó)的宇航員和蘇聯(lián)的探月著陸器分別把激光反射鏡送上了月球表面。天文學(xué)家們使用這些反射鏡來跟蹤月球的位置，其精度可以達(dá)到大約幾個(gè)毫米。

在分析了38年的由激光測(cè)月得到的高精度地月距離數(shù)據(jù)以后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球繞地球的軌道正在越來越偏離圓形。月球近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的距離差正在以意料之外的每年6毫米的速度增長(zhǎng)。不過有些人認(rèn)為并不需要擔(dān)心。因?yàn)樵诘厍蚝驮虑騼?nèi)部的潮汐力也會(huì)作用于月球的軌道。

但在考慮了潮汐阻尼的作用之后，月球仍然存在著無法解釋的運(yùn)動(dòng)。

地球正在遠(yuǎn)離太陽(yáng)

天文單位——太陽(yáng)和地球間的平均距離——被認(rèn)為是一個(gè)天文常數(shù)?？茖W(xué)家使用雷達(dá)測(cè)距技術(shù)來測(cè)量地球和行星之間的距離，進(jìn)而得出天文單位的數(shù)值。天文學(xué)家測(cè)得的天文單位已經(jīng)具有了11位有效數(shù)字，使得它成為了被測(cè)量得最精準(zhǔn)的天文常數(shù)。

在火星上有3個(gè)和飛機(jī)上所使用的非常相似的無線電應(yīng)答器。這些應(yīng)答器分別裝載在“海盜”1號(hào)著陸器、“海盜”2號(hào)著陸器以及“火星探路者”探測(cè)器上。由此美國(guó)宇航局深空探測(cè)網(wǎng)可以測(cè)量著陸器和地球之間的距離。

在分析了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)之后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)天文單位正在以每世紀(jì)7米的速度增長(zhǎng)。換句話說地球正在以這個(gè)速度離開太陽(yáng)。在考慮了所有已知的相互作用之后，目前天文學(xué)家依然無法解釋這一現(xiàn)象。

“先驅(qū)者”號(hào)異常

奇怪的引力現(xiàn)象并不僅僅局限在太陽(yáng)系的自然天體上。正在從兩個(gè)相反方向離開太陽(yáng)系的“先驅(qū)者”10號(hào)和11號(hào)也存在著異常，它們所在位置與理論預(yù)言的也對(duì)不上。

“先驅(qū)者”10號(hào)發(fā)射于1972年3月2日，現(xiàn)在距離太陽(yáng)96個(gè)天文單位，并且正在以每年2.5個(gè)天文單位的速度向太陽(yáng)系外進(jìn)發(fā)。“先驅(qū)者”11號(hào)發(fā)射于1973年4月6日，距離太陽(yáng)大約75個(gè)天文單位，每年朝天鷹座方向前進(jìn)2.4個(gè)天文單位。

20世紀(jì)90年代末，天文學(xué)家分析了“先驅(qū)者”10號(hào)為期11年和“先驅(qū)者”11號(hào)為期4年的深空探測(cè)網(wǎng)觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)1998年“先驅(qū)者”10號(hào)的位置比根據(jù)牛頓和愛因斯坦的引力理論預(yù)期的近了5.8萬(wàn)千米。“先驅(qū)者”11號(hào)的情況也差不多，它的距離比預(yù)期的要近了大約6000千米。這就好像有某種力作用在這兩個(gè)探測(cè)器上，使得它們?cè)谝院愣ǖ乃俾蕼p速。

怪異的軌道

此外，天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)6個(gè)借助地球引力助推的探測(cè)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(cè)器飛掠地球時(shí)第一次發(fā)現(xiàn)了這一異常。當(dāng)時(shí)“伽利略”距離地球大約200萬(wàn)千米，正以每秒8891米的速度向地球靠近?？茖W(xué)家們預(yù)計(jì)當(dāng)“伽利略”離開地球到相當(dāng)?shù)木嚯x的時(shí)候也應(yīng)該具有相同的速度。然而，測(cè)量卻發(fā)現(xiàn)它超速了每秒4毫米。盡管這個(gè)值非常小，但是它實(shí)實(shí)在在的就在觀測(cè)數(shù)據(jù)里。

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，1998年1月的舒梅克近地小行星探測(cè)器也存在著加速現(xiàn)象。它的加速效應(yīng)大約是“伽利略”的3倍，達(dá)到了每秒13.5毫米。在2005年3月的羅塞塔探測(cè)器上觀測(cè)到了類似的現(xiàn)象，這次它的反常速度為每秒2毫米。

這些結(jié)果著實(shí)把科學(xué)家們給難住了。是什么為探測(cè)器注入了能量并且讓它們加速的呢？

新物理學(xué)

盡管科學(xué)家們都相信這些太陽(yáng)系的異常現(xiàn)象背后都有一定的解釋，但是沒人能給出一個(gè)清晰的源頭。一種觀點(diǎn)是，新的引力理論可以解釋觀測(cè)到的異常。也許天文學(xué)正在經(jīng)歷向一種新的物理學(xué)或者至少是一種新的引力理論的轉(zhuǎn)變。

如果最終我們發(fā)現(xiàn)了是什么造成了探測(cè)器預(yù)料之外的加速和異常以及月球軌道和太陽(yáng)引力的變化，那么我們就會(huì)知道我們是否真的了解引力了。