Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
Еще одно интересное возможное воздействие на планетные орбиты связано с одной из наиболее проблематичных концепций общей теории относительности — с гравитационной волной. Лишь совсем недавно был ус-
Об эксПерименїальном базисе общей теории относительности 53
транен целый ряд теоретических неясностей, связанных с проблемой гравитационных волн. Если допустить, что такие волны реально существуют, то было бы интересно исследовать их влияние на Солнечную систему. Если гравитационные волны каким-то образом возникли в эпоху первоначального взрыва в начале расширения Вселенной, то период таких волн должен быть порядка времени прохождения звука через очень плотное тело астрономических размеров. Однако частота этой волны должна была бы непрерывно уменьшаться вследствие последующего расширения Вселенной. Возможные значения периодов волн должны лежать, по-видимому, в диапазоне от нескольких дней до многих лет.
Случайные флуктуации, вызванные в Солнечной системе гравитационными волнами, были бы аналогичны приливному действию на планетные орбиты со стороны некоторого большого тела, находящегося вне Солнечной системы. Такого рода большое тело, беспорядочно меняющее свое полжение, приводило бы к непредсказуемым возмущениям планетных орбит. Чем больше радиус орбиты планеты, тем сильнее проявлялись бы возмущения в ее движении, обусловленные медленно меняющимися гравитационными волнами. Тот факт, что внешние планеты движутся в точном соответствии с законами движения Ньютона, говорит о том, что возмущения, связанные с гравитационными волнами больших периодов, малы.
Хотя это, по-видимому, и не имеет отношения к гравитационным волнам, следует отметить, что, несмотря на безукоризненность расчетов в небесной механике и отличное согласие их с данными наблюдений, это согласие не столь хорошее, как следовало бы ожидать. Как отмечает один из специалистов, ни одна из изученных планет не движется по расчетной орбите в пределах ошибок наблюдений. Причины таких расхождений неизвестны.
В качестве примера, иллюстрирующего упомянутые расхождения, в табл. 1.1 приводятся данные о массе планеты Сатурн, полученные в результате вычислений за последние сто с лишним лет, В таблице даны типичные
54
Г лава I
Таблица 1.1
Обратная масса Сатурна
M"1 Источник
3501,6 ±0,8 Бессель (1883) I по движению Титана —
3494,8 ±0,3 Джеффи (1954) ,Струве > СПутника Сатурна (1924—1937) J
3502,20 ±0,53 Хилл (1895) по возмущению Сатурна
3497,64 ±0,27 Герц (1953)
3499,7 ±0,4 Клеменс (1960) Юпитером
значения обратной массы Сатурна, выраженной в единицах обратной солнечной массы M"1.
Как видно из этой таблицы, ситуация оставляет желать лучшего. Расхождения в значениях масс, как правило, значительно превышают погрешности измерений.
В самое последнее время выявились противоречия в данных относительно абсолютной величины астрономической единицы (среднего расстояния от Земли до Солнца). Значение, полученное в результате радиолокации Венеры, не слишком хорошо согласуется с предсказаниями теории тяготения. Причины расхождения и в этом случае неизвестны.
Новейшие точные измерения величины астрономической единицы приводят к величинам солнечного парал* лакса, указанным в табл. 1.2. Легко видеть, что рас-» хождения очень велики.
Таблица 1.2
Солнечный параллакс
Параллакс, сек Источник
8,79835 ± 0,00039 8,79738 ±0,0008 8,794491 ±0,000024 Рабе (1950), из динамики орбиты Эроса Мак-Гуайр и др. (1960), из динамики орбиты спутника «Пионер-5» Петтенгилл (1961), по данным радиолокации Венеры
Об экспериментальном базисе общей теории относительности 55
Перейдем теперь к хорошо известному релятивистскому эффекту сдвига перигелия орбиты Меркурия. Это, пожалуй, единственный общерелятивистский эффект в области планетных орбит, лежащий в пределах современных экспериментальных возможностей. Здесь результаты весьма удовлетворительны. Согласно общей теории относительности, должна существовать релятивистская поправка к вращению линии апсид эллиптической орбиты в добавление к эффекту, обусловленному влиянием других планет и рассчитываемому в рамках обычной ньютоновской механики. Этот релятивистский эффект велик только в случае Меркурия, где он должен приводить к добавочному вращению на 43,03" за столетие. Наблюдения дают (42,9±0,2)". Это, на наш взгляд, весьма хорошее согласие. Однако имеются серьезные сомнения относительно того, насколько правильно оценена указанная ошибка.
Следует помнить, что скорость прецессии перигелия Меркурия составляет приблизительно 5600" в столетие, т. е. в 130 раз больше релятивистской поправки. При этом 5026" имеют геометрическое происхождение, будучи обусловленными движением координатной системы, и остальные 575" динамического происхождения, связанные в первую очередь с возмущающим действием других планет. При этом малый релятивистский остаток будет определяться с той точностью, с которой определены эти различные вычитающиеся величины. Наиболее значительное возмущение обусловлено влиянием Венеры и составляет 278". Всякая неопределенность в массе этой планеты вызвала бы пропорциональную ей неопределенность в соответствующем возмущении.
