航天器出现奇异加速物理学定律受到挑战

【英国《经济学家》周刊９月２６日一期文章】题：一个奇特的宇宙现象
原文提要　两艘航天器在飞行轨道上出现的细小误差可能要改写某些物理学
定律。
在太阳系深处，一种奇特的现象正在海王星和冥王星轨道的外侧发生。两艘
快速驶入星际空洞的航天探测器没有按照预定的轨道飞行。它们似乎受到了一种
无法解释的额外太阳引力──这说明引力定律有可能存在缺陷。
物理学家们常常需要对航天器的飞行轨道作出极为精确的预测。对于１９７
２年和１９７３年先后向木星发射、现在正在从相反方向飞离太阳的“先驱者”
和“先驱者１１”号探测器来说，物理学家们采用的是一个名为“定轨程序”的
计算机软件。该程序能够计算出太阳及其行星的引力在经过广义相对论的适当修
正以后，是如何影响每艘探测器飞行的。
同时，通过分析这两艘“先驱者”号探测器发出的无线电信号，可以精确地
测量出它们的实际飞行轨道。
问题是，这两艘探测器的预测轨道和测量轨道不一致。太阳方面似乎产生了
一个“定轨程序”软件没有预测到的额外引力（实际上是加速度）。这个异常现
象几乎无法解释：这个加速度相当于地球表面引力所产生的加速度的１／１００
亿（按照这个速度，一个苹果从枝头落到地上需要１天时间）。但是，这个引力
足以使科学家们产生疑问。
不可能的几种因素
天文发现常常来自对颤动、差异和误差的分析。人们正是根据天王星的预计
轨道和观察轨道之间的细微差别推知海王星的存在的。水星轨道出现的反常现象
是证明牛顿创立的万有引力定律存在缺陷的最初线索之一，并促使爱因斯坦创立
了广义相对论。加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室“先驱者”号探测器导航
小组的成员之一约翰·安德森说，职业责任感促使他把问题解释清楚。他对这个
奇异加速度的最新解释将发表在下个月出版的《物理评论通讯》上。
安德森和他的研究小组，一开始就研究可能对“先驱者”号探测器产生作用
、但是并未纳入“定轨程序”软件考虑范围的各种潜在的力。究竟哪一个力能解
释来自太阳方面的这个微小加速度呢？气体泄漏和由探测器发电机红外辐射产生
的细小推力已被排除在外：这两个力太小，不可能产生面向太阳方向的推力。同
样地，太阳光产生的压力和从探测器射电天线发射出来的辐射所产生的力也被排
除在外：这两个力也太小，它们只会推动探测器飞离太阳，而不会反其道而行之
。
他们接着研究了被“定轨程序”软件忽略的天体引力。但是位于柯伊伯星带
的天体（在冥王星轨道之外绕太阳作轨道运行的一群小天体）或整个银河系所产
生的引力也很微弱，无法解释这一现象。奇异的“暗物质”导致这个加速度产生
的可能性也被排除了：研究人员发现，如果太阳系里的暗物质多得足以影响航天
探测器的飞行轨道，那么它将对行星的轨道产生显著影响。
还有一种可能性，那就是这个奇特的加速度是由这两艘“先驱者”号探测器
特有的（相同）设计造成的。但是对另一艘航天探测器即“尤利塞斯”号探测器
的飞行分析表明，这艘探测器也同样受到了神秘加速度的影响。
会不会是用来预测探测器轨道的软件出了故障，从而导致这个奇异现象的产
生呢？显然不会。这是因为在采用卫星工业中使用的软件对“先驱者”１０号探
测器的轨道进行独立分析以后，也得到了完全相同的结果：奇异加速度依然存在
。
所以，也许预测轨道最终还是正确的，问题出在用来测量探测器实际轨迹的
多普勒测距法。为了方便地检验多普勒测距法的准确性，比“先驱者”号更先进
的探测器都设有独立的测距硬件。但是，当利用正在环绕木星作轨道运行的“伽
利略”号探测器作此种对比时，结果发现预测轨道和测量轨道是一致的。　
需要修正引力定律？
如果各个忽略不计的力和人为误差都无法解释这个奇怪的加速度，那么还有
什么因素能解释它呢？福尔摩斯说过，排除了不可能的因素，余下的不管有多么
不可思议，必是真相。既然这样，如果这个奇怪的加速度是面向太阳的，那么下
列这个不可思议的结论将成立：爱因斯坦以后的引力定律需要作补充修正。
这将引起很大困难。现有的引力定律对行星运动情况的预测是非常精确的，
因而很难为了解释几艘航天探测器为什么偏离轨道而对它们进行修改。安德森博
士和他的研究小组研究了一些有关引力的建议修正方案，结果发现为解释这个奇
怪的加速度而对引力定律所作的任何改动都与行星的观测轨道发生冲突。但是，
建立能从不同角度解释轻、重天体或对“惯性”概念加以修正的新的引力定律并
不是完全不可能的。
安德森博士说，最可能的解释是存在某个尚未发现的误差，而不是引力定律
存在缺陷。但是他认为，也有可能他的研究小组发现了某种具有重要意义的东西
，尽管这种可能性很小。计划在２００１年对冥王星的一次飞行可能会提供一些
关键线索。但在目前，奇异加速度之谜仍无法解开。