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相对论岁差

/relativistic precession/
条目作者黄天衣

黄天衣

最后更新 2022-01-20
浏览 297
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一种相对论效应,时空曲率导致的陀螺指向相对遥远恒星方向的进动。

英文名称
relativistic precession
所属学科
天文学
学科体系划分
天体测量学

设想绕一个中心天体运动的自由陀螺。所谓自由是指除引力外不受任何力的作用,同时也不受任何力矩的作用。按照牛顿力学,以极其遥远恒星的方向为参照,陀螺的指向在运动过程中始终保持不变。然而,广义相对论的时空是弯曲的,陀螺的指向相对遥远恒星有进动。

中心天体的质量和自转角动量都会造成时空弯曲,从而产生相对论岁差。质量造成的陀螺进动称为测地岁差或德西特岁差;自转角动量造成的称为伦塞-西凌岁差,常简称为LT岁差。测地岁差的表现是陀螺指向绕其轨道角动量矢量进动;LT岁差则表现为绕中心天体的自转角动量矢量进动。

地球可以看成是一个环绕太阳运行的陀螺。太阳质量造成的时空弯曲使得天极绕黄极进动。这一进动的长期部分数值为每世纪1.919角秒,称为“测地岁差”,这是名词测地岁差的狭义内涵。进动的周期部分称为“测地章动”,其主要项是周年项,振幅为0.132毫角秒。测地岁差和测地章动已经纳入IAU岁差章动系列。值得注意的是它们都属于黄经岁差和黄经章动,黄赤交角没有相对论岁差章动。

太阳自转很慢,它对地球绕日运动的LT岁差可以忽略。LT岁差的初步直接验证来自引力探测器-B(Gravity Probe B,GP-B)。卫星轨道设计为地球的极轨道,轨道角动量与地球自转轴垂直,使得测地岁差和LT岁差在两个相互正交的方向上漂移而易于分离。GP-B的验证结果是LT岁差和测地岁差与广义相对论符合的程度分别为20%和0.3%。

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