导读 对于天文学、天体物理学和宇宙学领域来说，这是一个激动人心的时刻。得益于尖端的天文台、仪器和新技术，科学家们越来越接近通过实验验证基...

对于天文学、天体物理学和宇宙学领域来说，这是一个激动人心的时刻。得益于尖端的天文台、仪器和新技术，科学家们越来越接近通过实验验证基本上未经检验的理论。这些理论解决了科学家对宇宙和支配宇宙的物理定律的一些最紧迫的问题，比如引力、暗物质和暗能量的本质。

几十年来，科学家们一直假设，要么有额外的物理因素在起作用，要么我们的主要宇宙学模型需要修改。

虽然对暗物质和暗能量的存在和性质的研究正在进行中，但也有人试图通过新物理学的可能存在来解决这些谜团。在一篇论文中，美国宇航局的一组研究人员提出了航天器如何在太阳系内寻找其他物理证据的证据。他们认为，这种搜索将得到以四面体编队飞行并使用干涉仪的航天器的协助。这样的任务可能有助于解开科学家半个多世纪以来一直困惑的宇宙学之谜。

该提案是斯拉瓦·G·图里舍夫(SlavaG.Turyshev)的成果，他是加州大学洛杉矶分校(UCLA)物理和天文学兼职教授，也是美国宇航局喷气推进实验室的研究科学家。美国宇航局喷气推进实验室的实验物理学家Sheng-weyChiow和南卡罗来纳大学兼职教授、美国宇航局喷气推进实验室的高级研究科学家南宇也加入了他的行列。

他们的研究论文已在线发表，并已被《PhysicalReviewD》接受发表。

Turyshev的经历包括担任重力恢复和内部实验室(GRAIL)任务科学团队成员。在之前的工作中，图里舍夫和他的同事研究了太阳引力透镜(SGL)任务如何彻底改变天文学。在之前的一项研究中，他和SETI天文学家ClaudioMaccone还考虑了先进文明如何使用SGL将电力从一个太阳系传输到下一个太阳系。

总而言之，引力透镜是一种引力场改变其附近时空曲率的现象。这种效应最初由爱因斯坦于1916年预测，并于1919年被阿瑟·爱丁顿用来证实他的广义相对论(GR)。然而，在20世纪60年代至90年代，对星系旋转曲线和宇宙膨胀的观测催生了关于更大宇宙尺度上引力本质的新理论。一方面，科学家们假设暗物质和暗能量的存在，以使他们的观察结果与广义相对论相一致。

另一方面，科学家们提出了重力的替代理论(例如修正牛顿动力学(MOND)、修正重力(MOG)等)。与此同时，其他人认为宇宙中可能存在我们尚未意识到的其他物理现象。

正如图里舍夫通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样，“我们渴望探索有关暗能量和暗物质之谜的问题。尽管它们在上个世纪就被发现了，但它们的根本原因仍然难以捉摸。这些‘异常’是否源于新的物理现象——尚未在地面实验室或粒子加速器中观察到——这种新颖的力量有可能在太阳系规模上显现出来。”

在他们的最新研究中，图里舍夫和他的同事研究了一系列以四面体形式飞行的航天器如何研究太阳的引力场。图里舍夫说，这些调查将在太阳系尺度上寻找与广义相对论预测的偏差，这是迄今为止不可能实现的。

“假设这些偏差表现为重力梯度张量(GGT)中的非零元素，基本上类似于泊松方程的解。由于其微小的性质，检测这些偏差所需的精度远远超过当前的能力——至少高出五个数量级在如此高的精度水平下，许多众所周知的效应将引入显着的噪声，该策略涉及进行差分测量来抵消已知力的影响，从而揭示对GGT的微妙但非零的贡献。”

图里舍夫表示，此次任务将采用依赖一系列干涉仪的本地测量技术。这包括干涉激光测距，这是重力恢复和气候实验后续(GRACE-FO)任务演示的一项技术，这是一对依靠激光测距来跟踪地球海洋、冰川、河流和地表水的航天器对。同样的技术也将用于通过拟议的天基激光干涉空间天线(LISA)研究引力波。

航天器还将配备原子干涉仪，利用原子的波动特性来测量沿不同路径的原子物质波之间的相位差。这项技术将使航天器能够检测非重力噪声(推进器活动、太阳辐射压力、热反冲力等)的存在，并将它们消除到必要的程度。同时，以四面体编队飞行将优化航天器比较测量结果的能力。

图里舍夫说：“激光测距将为我们提供有关航天器之间距离和相对速度的高精度数据。”“此外，其卓越的精度将使我们能够测量四面体结构相对于惯性参考系的旋转(通过萨格纳克可观测值)，这是任何其他方法都无法完成的任务。因此，这将利用一套局部测量。”

最终，这次任务将在最小的尺度上测试广义相对论，而迄今为止，这一直是非常缺乏的。虽然科学家们继续探索引力场对时空的影响，但这些在很大程度上仅限于使用星系和星系团作为透镜。其他实例包括对致密天体(如白矮星)和超大质量黑洞(SMBH)(如位于银河系中心的人马座A*)的观测。

“我们的目标是将测试广义相对论和替代引力理论的精度提高五个数量级以上。除了这个主要目标之外，我们的任务还有其他科学目标，我们将在后续论文中详细介绍这些目标。其中包括测试广义相对论和其他引力理论理论，探测微赫兹范围内的引力波(现有或设想的仪器无法达到的光谱)，并探索太阳系的各个方面，例如假设的第九行星等。”