太阳系中太阳和行星的引力磁与Lense-Thirring效应-论文.pdf

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1、第32卷第3期天文学进展Vol_32．NO．32014年8月PROGRESSINASTRONOMYAug．，2014doi：10．3969／j．issn．1000—8349．2014．03．02太阳系中太阳和行星的引力磁与Lense-Thirring效应金文敬(中国科学院上海天文台，上海200030)摘要：简述基本物理中引力试验的概况，特别是检测试验粒子绕中央旋转天体引起LenseThirring(LT)效应的研究进展。给出自旋质点在旋转体引力电磁fGravitoelectromagnetism，GEM)中运动的Schif公式。描述了检测

2、地球LT效应的各种方法：激光测卫、GP．B、激光测月和环形激光陀螺，特别叙述了环形激光陀螺仪在地球科学上的应用，如地震、潮汐、地球自转、极移的检测，并给出了正在进行和未来更高精度测定LT效应的LARES、OPTIS等计划。叙述了检验火星LT效应的情况，包括用MGS测距资料、火星自然卫星Phobos和Deimos观测资料，以及今后发射绕火星探测器的建议。也谈及用太阳系行星(水星、金星、火星1测定太阳LT效应和未来采用国际空间站进行相对论检验的LATOR计划。最后，简述在脉冲双星、X射线双星和银心SgrA附近红外S系统恒星中引力场的广义相对论

3、效应，以及我国开展该项工作的情况和提出的建议。关键词：太阳系；Lense．Thirring效应；激光测卫；激光测月；环形激光陀螺中图分类号：P137．2文献标识码：A引言1916年爱因斯坦发表了广义相对论理论，他提出了3个广义相对论经典实验：水星轨道近日点进动、恒星光线通过太阳附近产生偏折和光线的引力红移。以后，美国物理学家Dicke和Schif引导了实验广义相对论的新纪元，他们强调的不仅是经典的实验，还包括了引力理论的实验和其他理论f标量和张量理论、参数化后牛顿形式和等效原理的框架)的发展。在后牛顿框架下进行的实验有：引力透镜、光线传播

4、的延迟实验、等效原理、引力红移、框架拖曳f也称为Lense—Thirring，简称LT1实验，以及双脉冲星和超大质量黑洞的强场实验等。以收稿日期：2013．11-26修回日期：2014—03—13资助项目：国家自然科学基金(11003039，11273044，11273045)通讯作者：金文敬，jwj@she．o．ac．c123期金文敬：太阳系中太阳和行星的引力磁与Lense—Thirring效应283光线通过太阳附近产生偏折为例，1919年5月ArthurEddington在日全食时观测该现象，以后在1922、1953、1973年都重复

5、这类光学观测，随看观测精度的提高，用卡西尼宇宙飞船测定Shapiro时延与广义相对论理论相符合，与理论值相差仅为0．001％，VLBI对光线偏折的测量精度达到0．02％。水星近日点进动42．98／100a是广义相对论的另一个实验，它是太阳引力电对水星的影响。爱因斯坦环是遥远星系受近距天体引力透镜效应的影响，从而产生光线偏折的又一个实例。随着空间探测和雷达测距的发展，检验由白旋质点绕旋转质量M的轨道运动产生LT进动有很大进展，如用激光测卫研究地球引力磁和由于质量流引起时空的一个拖曳，即LT效应。用太阳系行星f水星、金星、火星)检测太阳LT效

6、应，以及用双脉冲星和银心SgrA附近S系统天体进行的强引力场实验等，也提出用环形激光陀螺仪检测地球LT效应，这些属于基本物理的引力实验范畴。本文第2章给出自旋质点绕旋转质量M轨道运动的基本公式。第3章给出测定地球LT效应的各种方法，如SLRfSatelliteLaserRanging)方法，LLRfLunarLaserRanging)方法、环形激光陀螺，并介绍正在进行和未来的计划，如LARESfLaserRelativitySatellite)、OpTIS(OpticalTestsoftheIsotropyofSpace1。第4章介绍火星

7、的LT进动，包括用MGS测距资料，发射绕火星探测器的建议。第5章介绍太阳的LT效应，用太阳系行星(水星、金星、火星)测定LT进动和未来采用国际空间站进行相对论检验的LATORfTheLaserAstrometrieTestofRelativity]计划。最后谈及脉冲双星、x射线双星和银心SgrA木附近红外S系统天体检验广义相对论的LT进动，以及我国开展该项工作的情况和建议。2Schif公式由于地球引力场是非球对称的，具有四极和高阶质量矩，使地球卫星的交点产生的进动称为经典交点进动：专H，式中a、e、i为卫星轨道的半长轴、偏心率和倾角，R和

8、n为地球的平均赤道半径、引力场的偶带谐函数系数和轨道平均运动，其中n=2兀／P，P为周期。除了经典交点进动以外，地球的引力磁会引起卫星或一个陀螺仪以角速度相对于惯性参考架的进动，也会引起质点轨