引力探测B卫星GP-B升空 精确检验时空扭曲效应
引力探测B卫星GP-B升空 精确检验时空扭曲效应来源：互联网
引力探测B卫星重达3吨，外观看上去就像一个水泥搅拌机。GP-B搭载的四个最精密的陀螺仪被设计成能够感知最微妙的时空扭曲。惯性系拖曳效应预计应能够让陀螺仪的自转轴产生千分之四十一弧秒的偏移。这样一个微小的角度，就如同在数千公里外观看一枚硬币产生的张角。
在加州范登堡空军基地，一枚德尔它II型火箭载着引力探测B卫星（GP-B）以及科学家半个世纪的梦想，成功地飞向了太空。在接下来的14个月里，GP-B将在距离地球表面大约600公里高的地方，对爱因斯坦广义相对论所预测的两项效应进行前所未有的精确检验。
扭曲的时空
引力探测B卫星重达3吨，外观看上去就像一个水泥搅拌机。这个“搅拌机”其实是一个巨大的隔热容器，内部装有液氦———接近绝对零度的液体。它的内部装有四个陀螺仪（回转仪）。每个陀螺仪的核心是一个高尔夫球大小的石英球。这些石英球堪称地球上最接近完美球形的人造物体。在石英球的表面镀了一层非常薄的金属。当石英球被液氦冷却的时候，它的表面就变成了超导状态。
这样的一个石英球将会以大约每分钟10000转的速度旋转。作为世界上最精密的陀螺仪，石英球的自转轴将始终朝着一个方向———GP-B搭载的望远镜负责用遥远的恒星进行定位。但是广义相对论效应会稍稍改变陀螺仪完美的运动。主要有两种效应会影响陀螺仪的运动，一种是“测地线效应”，另一种是“惯性系拖曳”效应。
人们经常使用简单的比喻说明广义相对论。例如，把太阳比作一个木球，而时空是一张橡皮膜。当木球（太阳）放在橡皮膜（时空）上的时候，橡皮膜不可避免的会被挤压变形。这时候，一个木球附近的物体便会因为橡皮膜的变形而落向木球。而在我们看来，这正是太阳附近的物体因为引力的作用而飞向太阳的情形。换句话说，太阳扭曲了它附近的时空。
没有什么能够逃过这种效应，包括光线。当遥远恒星的光经过太阳附近的时候，它会因为太阳的引力而偏折（或者说，太阳扭曲了附近的时空，当星光经过扭曲的时空的时候，它的行进路线改变了）。当爱因斯坦的广义相对论被提出4年之后，英国科学家爱丁顿爵士第一次验证了这个理论。1919年，爱丁顿爵士在西非的一个小岛上拍下了数十张日全食的照片———太阳附近的恒星看上去与平时的位置不太相同，那是因为太阳让这些恒星的光线发生了偏折。
另外一些科学家在爱因斯坦思考的基础上考虑了一些更微妙的情况。1918年，两位奥地利物理学家伦泽（Joseph Lense）和蒂林（Hans Thirring）认为，当一个物体（尤其是大质量物体）旋转的时候，它会产生额外的效应，把时空扭曲。这种情形就像一个旋转的木球稍微拖曳了周围的空气，而地球这个“木球”拖曳的则是它周围的时空。
尽管这种“惯性系拖曳”效应已经被提出了80多年，由于它实在太微弱了，科学家一直没有机会检验这种效应。1997年，有两组天文学家间接地验证了这种效应。当时在麻省理工学院的天文学家崔卫（音）的研究组观测了黑洞周围的气体尘埃盘。旋转的气体盘就如同巨大的陀螺仪（自转轴指向特定的方向），而旋转的黑洞会扭曲周围的时空。于是气体盘这个陀螺仪看上去就会“晃动”。实际结果与“惯性系拖曳”效应所预言的一致。而另一组科学家选择高速旋转的中子星作为研究对象（毫无疑问，这个质量巨大的怪物在旋转的时候也会拖曳周围的时空），结果也得到了差不多的结论。
但是科学家还是希望能够直接“看到”惯性系拖曳效应。这就是GP-B诞生的理由。GP-B搭载的四个最精密的陀螺仪被设计成能够感知最微妙的时空涟漪。惯性系拖曳效应预计应能够让陀螺仪的自转轴产生千分之四十一弧秒的偏移。这样一个微小的角度，就如同在数千公里外观看一枚硬币产生的张角。
半个世纪的计划
对于一些科学家而言，GP-B是一个简单而又漫长的任务。“对广义相对论的这个检验在概念上十分简单，但是当你考虑到技术细节的时候，就需要超人的毅力了。”斯坦福大学航天工程师帕金森（Brad Parkinson）说，“为了制造出近乎完美的科学仪器，有一些参数需要降到接近零，例如零重力加速度。让GP-B保持在完美的轨道上的卫星推进器，喷出的气体是如此的微弱，类似于你擦眼镜呵气的1／50.”
GP-B的历史可以追溯到将近半个世纪前。1959年，斯坦福大学的物理系主任席夫（Leonard Schiff）和国防部的普（George Pugh）各自提出了用陀螺仪检验广义相对论的方案。1963年，美国宇航局（NASA）第一次为这个项目拨款。然而，当时的条件根本不足以实施这项计划。整个六七十年代，斯坦福的研究组都在进行GP-A的前期研究工作。
在这期间，1976年，NASA发射了引力探测A卫星（GP-A）。探测器携带了一只原子钟。这个只持续了1小时55分的实验检验了广义相对论所预言的引力红移效应———引力场的强度会影响时钟的快慢。这个实验获得了成功，但是它的后继者GP-B就没有那么幸运了。GP-A实验的第二年，NASA的拨款到期了。
1980年代初，NASA在评审了GP-B的前期研究工作之后，决定继续这个项目。起初的计划是在1989年用航天飞机把GP-B送入太空，进行为期一周的实验。但是1986年挑战者号航天飞机的爆炸导致了一系列实验的推迟或取消。范登堡空军基地的发射设施被取消了。而只有在这里，航天飞机和GP-B才能一起进入极地轨道。于是，GP-B项目转向了使用德尔它II型火箭作为运载工具。
在接下来的岁月中，GP-B的进度比想象的更缓慢。它曾经数次面临被国会终止的危险，但是每一次，科学家都成功地说服了议员们把这个项目保留下来———那时候已经有上亿美元花在GP-B身上了。最后一次“生死抉择”发生在2003年。当GP-B组装完毕，在进行热真空实验后，出现了一些故障。NASA险些要终止掉这个漫长的项目，但是考虑到热真空实验出现的问题只是一些次要的技术问题，GP-B幸存了下来。
但是并非每个参与GP-B的科学家都有幸看到它飞向太空。这个计划的创立者席夫于1971年逝世。斯坦福大学的艾弗里特（Francis Everitt）于1962年加入这个计划，现在已经69岁了。这个耗资超过7亿美元的“跨世纪”计划培养了94名博士，15名工程硕士，还提供了超过300个研究机会
所有这些努力都是为了一个目的：检验广义相对论预言的现象。GP-B计划的科学主管布奇曼说（Sasha Buchman），实验的结果并非简单地给广义相对论打勾或者打叉，而是帮助科学家发现被爱因斯坦的理论所预言的那些更微弱的效应是否能被探测到。“它会帮助我们更好地理解相对论”。 学习，向老师问好！
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