美国宇航局的激进研究表明，这种航天器的形成可能揭示新的物理学

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。多亏了尖端的天文台、仪器和新技术，科学家们越来越接近于通过实验验证那些在很大程度上仍未经过测试的理论。

这些理论解决了科学家关于宇宙和支配宇宙的物理定律的一些最紧迫的问题——比如引力的本质。暗物质和暗能量.几十年来，科学家们一直假设，要么有额外的物理学在起作用，要么我们占主导地位的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调查正在进行中，但也有人试图通过可能存在的新物理学来解决这些谜团。

在近期论文，美国宇航局的一组研究人员提出了航天器如何在我们的太阳系内寻找其他物理学的证据。他们认为，这种搜索将得到以四面体形式飞行并使用干涉仪的航天器的协助。这样的任务可以帮助解决半个多世纪以来一直困扰着科学家的宇宙学谜团。

该提案是斯拉瓦·图里舍夫，加州大学洛杉矶分校（UCLA）物理学和天文学兼职教授，美国宇航局喷气推进实验室的研究科学家。

与他一起参加的还有赵胜伟，美国宇航局喷气推进实验室的实验物理学家，以及楠宇，南卡罗来纳大学兼职教授，美国宇航局喷气推进实验室高级研究科学家。他们的研究论文最近在线发表，并已被接受发表在体检 D.

Turyshev 的经历包括成为重力恢复和室内实验室（GRAIL）任务科学团队成员。在之前的工作中，Turyshev和他的同事们研究了太阳的任务如何太阳引力透镜（SGL）可能会彻底改变天文学。

该概念文件被授予第三阶段补助金2020 年由美国宇航局的创新先进概念 （NIAC） 计划提出。在之前的一项研究中，他和SETI天文学家克劳迪奥·麦科内（Claudio Maccone）还考虑了先进文明如何使用用于传输电力的 SGL从一个太阳系到另一个太阳系。

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。这种效应最初是由爱因斯坦在 1916 年预测的，并被1919年的亚瑟·爱丁顿确认他的广义相对论（GR）。

然而，在 1960 年代和 1990 年代之间，对星系旋转曲线和宇宙膨胀的观测产生了关于更大宇宙尺度上引力性质的新理论。一方面，科学家们假设暗物质和暗能量的存在，以调和他们的观察结果。

另一方面，科学家们已经提出了替代的引力理论（如修正牛顿动力学（MOND）、修正引力（MOG）等）。与此同时，其他人则认为宇宙中可能存在我们尚未意识到的其他物理学。正如Turyshev通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样：

“我们渴望探索围绕暗能量和暗物质奥秘的问题。尽管它们在上个世纪被发现，但它们的根本原因仍然难以捉摸。如果这些'异常'源于新的物理学 - 尚未在地面实验室或粒子加速器中观察到的现象 - 那么这种新力量可能会在太阳系尺度上表现出来。

在他们的最新研究中，Turyshev和他的同事们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。

Turyshev说，这些调查将寻找与预测的偏差广义相对论在太阳系尺度上，这是迄今为止不可能实现的：

“假设这些偏差在重力梯度张量（GGT）中表现为非零元素，从根本上类似于泊松方程的解。

由于这些偏差的微小特性，检测这些偏差所需的精度远远超过当前的能力，至少要高出五个数量级。在如此高的精度水平下，许多众所周知的效果将引入显着的噪声。

该策略涉及进行差分测量以抵消已知力的影响，从而揭示对GGT的微妙但非零的贡献。

Turyshev说，该任务将采用依赖于一系列干涉仪的本地测量技术。这包括干涉激光测距，该技术由重力恢复和气候实验后续（GRACE-FO）任务，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。

同样的技术也将用于调查引力波由拟议的天基激光干涉空间天线（丽莎）。

该航天器还将配备原子干涉仪，该干涉仪使用浪原子的特征，用于测量不同路径的原子物质波之间的相位差异。这种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，并在必要的程度上抵消它们。

同时，以四面体编队飞行将优化航天器比较测量值的能力。

“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，”Turyshev说。

“此外，其卓越的精度将使我们能够测量四面体形成相对于惯性参考系的旋转（通过Sagnac可观测物），这是任何其他方式都无法完成的任务。因此，这将利用一套局部测量值建立四面体结构。

最终，这项任务将在最小的尺度上测试遗传资源，这是迄今为止非常缺乏的。虽然科学家们继续探索引力场对时空的影响，但这些影响主要局限于使用星系和星系团作为透镜。

其他例子包括对致密物体（如白矮星）和超大质量物体的观测黑洞（SMBH）像人马座A*一样，它位于银河系的中心。

“我们的目标是将GR和替代引力理论的测试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，我们将在随后的论文中详细介绍。其中包括测试GR和其他引力理论，探测微赫兹范围内的引力波 - 现有或设想的仪器无法到达的频谱 - 以及探索太阳系的各个方面，例如假设的行星9，以及其他努力。

本文最初发表于今天的宇宙.阅读原文.

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