航天器在地球附近加速以获得引力助推时,会发生一些奇怪的事情——它们会突然加速,轨道也以意想不到的方式发生变化。这是一个微小的变化,但足以引起物理学家的注意。欧洲航天局正在计划一项新任务,以测量这种引力异常,并找出是否存在新的、未知的物理现象。
在前往太阳系遥远目的地之前,航天器通常会绕地球滑行,利用地球的引力助推它们前行。在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初的几次任务中,科学家们发现在航天器最接近地球掠过之后,其速度发生了无法解释的变化。他们没有在实际操作中看到这一点,部分原因是卫星在异常发生时并未连接到深空网络,即使连接了,数据采集之间也有 10 秒的延迟。但他们知道这确实发生了,因为航天器的轨道发生了变化。
科学家无法追踪滑行过程中的双曲线弧——他们只能追踪进出轨道,两者之间存在微小差异。这种微小的差异来自于一个无人能解释的速度提升。它太大了,不可能是太阳风、其他天体的影响或地球自身 “框架拖曳” (地球转动时扭曲时空)所引入的误差。
“因此,飞行异常的未知来源可能预示着新的或‘奇异’物理学的存在,这种可能性不应被轻视,”里斯本技术大学的 Jorge Paramos 和欧洲卫星制造商 Astrium 的 Gerald Hechenblaikner 在一篇 新论文 中写道。
也许我们的引力方程是错误的,这会很有趣。也许航天器轨道测量也是错误的,这会不那么令人兴奋。无论如何,有人需要确定发生了什么。欧空局正在开发一项可能能够做到这一点的任务,但尚未做出明确承诺。
时空探测器和量子等效原理空间测试 (STE-QUEST) 是致力于解释引力,以及为什么它无法与弱、强和电磁相互作用协调成一个令人信服的“万物理论”的众多任务之一。广义相对论在宏观和量子领域之间的某个地方失效了,但到目前为止的实验还没有足够强大来确定在哪里以及如何失效。STE-QUEST 将以惊人的精度完成多项测试来解决这个问题。其中一项测试将测量原子在地球偏心轨道上的引力场中的运动方式——这项测量可能会揭示奇怪的滑行速度提升。
正如 KFC 在物理学 arXiv 博客上指出的那样,朱诺号航天器 明年将完成一次飞掠,为飞往木星的任务做准备。如果科学家们看到同样的异常,这将是批准这项任务并找出究竟发生了什么事的有力理由。