愛因斯坦廣義相對論會錯嗎？水星探測器20日將開始7年驗證之旅

　　10月19日消息，據(jù)外媒報道，我們對太陽系內(nèi)的大多數(shù)行星已經(jīng)有了相當(dāng)了解，所有行星都至少被探測器拍攝過照片甚至造訪過，然而離地球最近的行星之一——水星，卻是我們探索最少、也最不了解的行星。

　　如果計劃進(jìn)展順利，BepiColumbo水星探測器于明天在位于南美洲法屬圭亞那庫魯?shù)臍W洲宇航中心搭乘Ariane 5火箭發(fā)射升空，這一切都將改變。它可以被視為愛因斯坦“廣義相對論”最權(quán)威的驗證。

　　人類探訪過水星嗎？

　　是的，美國宇航局的的“水手10號”(Mariner 10)探測器曾在1974年和1975年拍攝過水星的照片，“信使號”(MESSENGER)曾在2008年到2015年繪制過它的圖像�，F(xiàn)在歐洲航天局和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)有了地圖，他們想知道更多關(guān)于水星的信息。而BepiColombo實(shí)際上是三個獨(dú)立部分組成的。

　　為什么叫BepiColombo？

　　這個探測器是以已故意大利數(shù)學(xué)家兼工程師朱塞佩·科倫坡教授(Giuseppe (Bepi) Colombo)的名字命名的，他曾發(fā)現(xiàn)一種共振，這種共振使水星在軸上每兩年旋轉(zhuǎn)三次。此外，科倫坡還幫助美國宇航局在“水手10號”探測器上使用了金星和水星引力助推器。

　　BepiColombo將研究什么?

　　這是個雄心勃勃的科學(xué)項目。BepiColombo于1993年被首次提出，它的兩個軌道飛行器將共同研究水星的起源和演化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、組成和隕石坑、大氣和磁層(以及它如何與太陽風(fēng)相互作用)、水星磁場的起源以及水星兩極的沉積物。BepiColombo也會繪制不同波長的水星地圖。

　　為什么BepiColombo由三部分組成？

　　BepiColombo由三部分組成，即一個航天器攜帶著兩個軌道飛行器，分別是歐洲航天局的水星行星軌道器(MPO)和JAXA水星磁層軌道器(MMO)。盡管兩個軌道器將分別繞軌道運(yùn)行，但它們將同步工作，在某些項目上為天文學(xué)家提供兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)。

　　MPO將主要研究水星的表面和組成，而MMO將關(guān)注水星的磁性環(huán)境和構(gòu)成其稀薄外逸層的化學(xué)物質(zhì)(還不能稱其為大氣層)。然而，它們將能夠同時研究太陽風(fēng)如何影響水星的外大氣層及其表面，這需要兩個軌道飛行器協(xié)作完成。

　　BepiColombo將如何檢驗愛因斯坦的廣義相對論？

　　阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)的廣義相對論是描述物質(zhì)間引力相互作用的理論，它將引力場解釋成時空被巨大物體(如恒星和行星)扭曲形成的現(xiàn)象。因此，扭曲的太陽時空解釋了行星的彎曲軌道，這些行星軌道實(shí)際上是圍繞太陽下落的。

　　在2018年5月發(fā)表的一篇題為《新廣義相對論對水星近日點(diǎn)推進(jìn)的貢獻(xiàn)》的論文中，佛羅里達(dá)大學(xué)物理系的威爾·克利福德(Will Clifford)認(rèn)為，由于廣義相對論的間接影響，水星的軌道軌跡每20億年移動一度。

　　這是個相當(dāng)微妙的數(shù)字，但是這個尚未被證實(shí)的理論——太陽和木星之間的引力(以及太陽和其他行星之間的引力)對所有其他行星的軌道也有輕微的影響，可以被BepiColombo探測到。由于水星是離太陽最近的行星，這種影響在水星上是最容易被探測到。

　　為什么水星如此有趣？

　　我們不知道一顆行星是如何在如此接近太陽的情況下形成和演化的，也不知道水星的奇特化學(xué)性質(zhì)。上個月在柏林舉行的2018年歐洲行星科學(xué)大會(EPSC)上，兩項研究強(qiáng)調(diào)了為什么BepiColombo的探測任務(wù)如此重要。

　　首先，水星可能在太陽系歷史上很早就由來自星子的冷凝蒸汽形成。Aix Marseille大學(xué)的托馬斯·羅尼特(Thomas Ronnet)說：“我們認(rèn)為，在太陽系的早期，太陽系內(nèi)部區(qū)域的星子可能是由經(jīng)過再加工的物質(zhì)形成的，這些物質(zhì)由于遇到極端溫度而蒸發(fā)，隨后又重新凝結(jié)。”

　　其次，羅尼特的同事巴斯蒂安·布魯格(Bastien Brugger)對水星內(nèi)部進(jìn)行了計算機(jī)模擬，結(jié)果顯示水星內(nèi)部有個致密的地幔，其中可能含有大量的鐵元素。布魯格表示：“隨著BepiColombo的發(fā)射，我們將擁有全新的儀器來繼續(xù)研究水星的獨(dú)特屬性，并試圖更好地了解水星的結(jié)構(gòu)和起源。”

　　BepiColombo如何到達(dá)水星?

　　雖然只有7年多點(diǎn)兒的時間，但BepiColombo經(jīng)過的路線很復(fù)雜。盡管BepiColombo將結(jié)合太陽能和電力推進(jìn)技術(shù)(考慮到它在重力輔助方面的工作)，它將以正確的速度到達(dá)水星，這要?dú)w功于它的一次飛越地球，二次飛越金星以及6次飛越水星。然而，當(dāng)它最終到達(dá)那里時，BepiColombo仍然需要化學(xué)推進(jìn)引擎的推力來減慢速度，使MPO進(jìn)入其軌道。

　　能在夜空中看到水星嗎？

　　由于水星是太陽系中離太陽最近的行星，從地球上看，這顆內(nèi)部行星只能在黎明前或黃昏后才能看到。這個月，它在太陽后面，雖然它將在2018年11月6日日落之后重新出現(xiàn)在西方地平線上。

　　從2025年12月5日開始，BepiColombo將圍繞水星運(yùn)行1個地球年(大約4個水星年)。然而，第一次水星飛越將在2021年10月2日進(jìn)行。畢竟，在太空旅行需要時間，但要將速度降下來需要更長的時間。