【物理常见问题】-[版权所有]

由Steve Carlip更新,1996年。
迈克尔·韦斯原创。


水星轨道进动、广义相对论和太阳膨胀

如果太阳不是一个完美的球体,但有一个赤道凸起(即扁圆),这将导致水星的轨道进动。好吧,惊喜:太阳不是完美球体;扁圆!那么,双方之间的协议有多好水星轨道进动与GR?

Clifford Will在他1986年的书中专门用了一章来阐述这一点爱因斯坦是对的吗? 检验广义相对论Dicke和Goldenberg声称探测到一个比太阳模型预测的要大得多的隆起,其大小足以摧毁GR和水星轨道之间的一致性,但不足以允许牛顿解释。具体来说,数据如下:

水星近日点进动:574弧秒/世纪牛顿扰动其他行星:531角秒/世纪GR校正:43弧秒/世纪迪克凸起的牛顿修正:3弧秒/世纪

因此,牛顿没有希望,但如果Dicke-Goldenberg的太阳能值为扁率保持不变。Brans-Dicke标尺重力传感器理论可以处理差异,通过其可调参数。

其他研究小组随后的观测发现,太阳的凸起要小得多。 但其他测量结果不一致。这是数据,再一次摘自Will的书:

常规0.2 km、0.1 ppm预测量太阳能模型Dicke-Goldenberg(1966)52 km,40 ppm希尔(1973)2 km,1 ppm希尔(1982)10公里,7 ppmDicke(1985)24公里,12 ppm

这些并不都是直接测量,我也没有给出任何误差线,但是威尔的底线是:“没有人能够解决或理解所有这些太阳扁率值之间的差异,而不是说观测很难进行,而且容易出错。“(如果你想知道Brans-Dicke理论,在20世纪70年代和80年代。)

但自威尔的书问世以来,至少出现了两个重要的新发展已写入。

1.使用气球进行了一种新的、精确的太阳扁率直接测量太阳圆盘六分仪。结果是一个与广义相对论一致的值(四级矩共2×10−7).参见Lydon和Sofia,Phys。修订稿。76, 177 (1996).

2.开发了一种新的略为间接但相当有效的方法来测量太阳四极力矩,通过使用太阳地震仪测量太阳的自转率。同样,结果给出了四极力矩约为10−7太小,无法影响广义相对论和观测到水星近日点的推进。我所知道的最好的参考文献是Brown等人的《天体物理学》。J。343,Will在1993年修订的更具技术性的书中引用了526(1989),理论和实验引力物理学.

3.2018年,《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表了一篇由Will撰写的新论文,该论文计算了进一步的GR对水星近日点推进的贡献。这一贡献是标准的百万分之几进动预测为每世纪43秒,通过假设水星在施瓦西时空以太阳为中心。威尔的计算包括了太阳系行星。Bepi Colombo任务目前由两艘飞船组成,可以测量到这种影响绕水星轨道运行。

虽然说这个问题已经完全解决还为时过早,但最近和最近准确的结果似乎正在收敛到一个使GR预测一致的值观察良好。