Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Y = 1,002 ± 0,004, (9)
причем приведенная здесь неточность увеличена приблизительно в два раза (до уровня двух формальных стандартных ошибок), чтобы учесть возможный вклад неизвестных систематических ошибок.
Ясно, что эксперимент с «Викингом» дал наиболее точное из полученных до сих пор подтверждение предсказаний общей теории относительности о влиянии массивных тел на распространение световых сигналов.
Каковы перспективы дальнейших улучшений в измерении гравитационного запаздывания световых сигналов? Безусловно, в пределах возможностей современной техники находится доставка спускаемого аппарата на поверхность внутренней планеты. «Викинг» уже подтвердил эту возможность для Марса1).
1J Для Венеры эта возможность была реализована еще в 1970 г. автоматической межпланетной станцией «Венера 7». Все последующие станции этой серии неоднократно совершали мягкую посадку на Венеру и передавали с ее поверхности научную информацию. — Прим. перев.
6. Экспериментальная проверка ОТО
229
Спускаемые аппараты, оборудованные импульсными повторителями, работающими одновременно в четырех далеко отстоящих друг от друга полосах частот, например от 8 до 35 ГГц, ДОЛЖНЫ обеспечить увеличение ТОЧНОСТИ оценки Y на несколько порядков величины. При этом не только будут устранены эффекты основной короны с помощью подходящей двухчастотной техники калибровки, но с использованием третьей частоты может быть также уменьшен вклад рассеяния, который пропорционален /~4. (Угловые отклонения изменяются пропорционально /“2, и для малых углов таким же образом будут изменяться соответствующие вариации длины пути.) Четвертая полоса предназначена для получения дополнительных данных, увеличивающих надежность результатов. Были разработаны передатчики, удовлетворяющие требованиям этого эксперимента на всех предполагаемых частотах. Такой эксперимент может дать точность, почти достаточную для обнаружения эффектов второго порядка, т. е. постпостньютоновских. Наши расчеты показывают [53], что эти вклады второго порядка в задержку находятся на уровне 10 не. Таким образом, должно быть достигнуто некоторое увеличение точности измерения запаздывания. Такое повышение уровня точности вполне достижимо в экспериментах, в которых сигналы проходят вблизи Солнца. Ho получение достаточно высокой точности измерений и интерпретации для надежного выделения вклада членов второго порядка представляется лежащим за пределами современного уровня радиоэкспериментов. В любом случае такой межпланетный эксперимент должен быть чрезвычайно дорогим. Напомним, что проект «Викинг» обошелся в миллиард долларов. Такой релятивистский эксперимент, по-видимому, может быть проведен только вместе с проектом, предназначенным для достижения многих других целей.
Альтернативным техническим подходом было бы использование лазерного слежения вместо радиослежения, чтобы устранить все эффекты, связанные с короной. Необходимо, конечно, поместить на поверхности планеты лазерный приемник, передатчик и точные часы. Как с технической, так и с экономической точки зрения лазерный метод относится к совершенно иному классу по сравнению с методом радиослежения. Для этого метода нет никаких серьезных препятствий; это является только вопросом времени и денег.
6. Прецессия перигелия
Астрономы исследуют прецессию, или смещение, перигелиев планетных орбит в течение нескольких столетий. До середины девятнадцатого века результаты всегда согласовывались с
230
И. Шапиро
теорией в пределах точности наблюдений и теоретических расчетов. Последние были ограничены главным образом неточным знанием масс возмущающих тел. Леверрье [19] впервые заметил серьезное расхождение между наблюдениями и расчетами, относящимися к изменениям элементов орбиты Меркурия. Он не смог приписать это расхождение только одному элементу и на основании вспомогательных аргументов заключил, что оно обусловлено тем, что положение перигелия смещается за столетие приблизительно на 36 угловых секунд больше, чем ожидалось ранее. В конце девятнадцатого века Ньюкомб окончательно приписал это расхождение смещению перигелия и уточнил его значение, которое оказалось равным около 43" за столетие1). Это расхождение было удивительно точно и естественно объяснено эйнштейновской общей теорией относительности. В ППН-формализме релятивистский вклад в вековое смещение дается выражением
где в дополнение к введенным ранее величинам а — большая полуось, а е — эксцентриситет орбиты.
В настоящее время оптические наблюдения, которые ведутся уже более 200 лет, дают неточность определения скорости прецессии приблизительно 0,4" за столетие. С другой стороны, радиолокационные наблюдения, которые проводятся всего 10 лет, дают неточность, равную половине оптической — около 0,2" за столетие. Реальной проблемой является интерпретация этих измерений. Солнечная система является плохой лабораторией, хотя, по общему мнению, достаточно чистой по обычным астрофизическим стандартам. Если мы примем, что Солнце вращается равномерно, то из радиолокационных наблюдений можно заключить, что комбинация параметров (2 + 2^ — |3)/3 отклоняется от единицы не более чем на 0,005 [34]. Вопрос о характере вращения Солнца все еще является до некоторой степени спорным. Эксперимент Дикке и Гольденберга [8] предположительно обнаружил неожиданно большую видимую сплюснутость Солнца, для объяснения которой требуется быстрое вращение его внутренней части, как первоначально предсказывали Дикке и Пиблс [9]. Ho интерпретация «измеренной» сплюснутости была на самом деле ошибочной, поскольку различие между истинной визуальной сплюснутостью Солнца и изменением яркости в непосредственной близости от лимба не может быть надежно установлено. Последующие наблюдения визуальной сплюснутости Солнца, проведенные Хиллом и др. [15], исполь-
