科学家发现先驱者航天器轨迹明显偏离“万有引力”定律的预期

2013年7月16日星期二

科学家发现先驱者航天器轨迹明显偏离“万有引力”定律的预期

◎莫弘毅

【新生3月20日讯】美国航空航天局科学家对先驱者(Pioneer)10和11号、尤利西斯(Ulysses)号等航天器的轨迹跟踪表明，这些航天器的运行轨迹明显偏离根据“万有引力”算出的轨道。有关结果已经发表在1998年10月5日《物理学评论快报》第81卷，2002年4月15日《物理学评论D》第65卷等权威杂志上。（图：先驱者航天器）

先驱者10号和先驱者11号航天器分别发射于1972年3月2日和1973年4月5日，是人类最早向外太空发射的航天器。在先驱者10号和11号分别与木星、土星相会后，两艘航天器沿着相反的方向飞向太空。先锋11号在1995年11月份最后一次发射回信号后与地面失去了联系，而先锋10号最后一次发送回信号是在今年2月份。

根据两艘航天器发送回来的无线电波信号，科学家们可以准确地定出它们的位置，在扣除行星的微扰效应、太阳辐射压力、星际物质的影响广义相对论效应以及多普勒偏差和漂移等影响后，科学家们可以精确地算出它们的加速度，计算精度高达10-10cm／s2。

从1980年起，当太阳的辐射压力小於5×10-8cm/s2后，NASA的喷气推进实验室(Jet Propulsion　Laboratory,JPL)研究组就发现了对先驱者10号算出的加速度中有8(±3)x10-8cm/s2无从解释，该加速度方向正对着太阳。在这以后更精确的计算表明，先驱者10号和11号都受到约8.5×10-8cm/s2的向着太阳的不明来源的加速度。此后实验组考虑了各种可能的原因，诸如来自星系和基泊尔(Kuiper)行星带的引力、航天器漏气、地球进动、地球方向误差、飞船热辐射的各向异性等，发现没有一种起因可以对此加以解释，有些因素引起的加速度偏差仅是上述偏差的千分之一左右。

实验组还用两个独立的分析软件对这些轨道作了计算，结果得到了一致的结论，排除了分析软件存在缺陷导致错误的可能性。为检验所发现的加速度是否是某种未知粘滞阻力所致，考虑到粘滞阻力总是与速度方向相反，实验组还对运行轨道不沿着太阳半径方向的尤利西斯号的轨迹进行了分析，结果表明尤利西斯号轨道也受到类似的不明加速度的作用；另外，利西斯号的设计和外形都与先驱者号大不相同，所以这一加速度也不太可能由飞行器的硬件所导致。实验组对加利略号轨道的分析也得到了类似的结论，但是实验组也谨慎地说明，加利略号受太阳辐射压力影响较大，他们不能排除太阳辐射压力的作用。

在这些论文中,这些科学家还指出了与这一加速度有关的另外一个疑团，它只是影响人造飞行器而对太阳系的九大行星的运行轨迹没有显著的影响。今天人类已经能够对行星的运动进行了精确的观测，如NASA的维京(Viking)使命可以将地球和火星位置确定到误差小于100米左右，如果地球和火星有同样的效应，它们的轨道半径据推算要比现在分别小21和76公里。这一现象也不太可能是目前使天文学家们正在寻找的暗物质引起,因为暗物质会对行星施加相似的加速度。

一些科学家认为这一现象有可能是新的物理原理所致，也有的科学家认为这是因为“万有引力”定律在大尺度上不再成立的缘故。有的NASA科学家已经提出了进一步验证这一现象的实验设想,并已决定在以后的飞行器运行轨道设计中考虑这一他们称为“先驱者号反常”的现象。

参考资料

1. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, and S.G. Turyshev, Phys. Rev. Lett. 81, 2858, 1998.

2. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, and S.G. Turyshev, Phys. Rev D 65, 082004, 2002.

3. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/tmp/1972-012A.html

4. http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993439

（正见网）

发稿：2003年3月20日