用“迪斯科球”測試愛因斯坦理論

7月13日，激光相對論衛星2號（LARES-2）從法屬圭亞那庫魯的歐洲航天局（ESA）太空港發射。它由意大利航天局（ASI）建造，耗資約1000萬歐元（1020萬美元），并在歐洲織女星火箭升級版本Vega C的首次飛行中升空。

“ESA和ASI將衛星送入其軌道，精度達到了400米。”任務負責人、意大利萊切薩倫托大學的物理學家Ignazio Ciufolini說，火箭的表現“非常出色”，這種精確定位將有助于提高研究人員測量的質量。

LARES-2的結構非常簡單，它是一個覆蓋著303個反射器的金屬球體，沒有機載電子設備或導航控制系統，直徑不到50厘米的球體中裝入了約295公斤的材料。

羅馬薩皮恩薩大學的航空航天工程師Antonio Paolozzi說，它的密度最大限度地減少了諸如陽光輻射壓力或高空地球大氣層微弱阻力等現象的影響。在對定制的高密度材料進行實驗后，該團隊選擇了現成的鎳合金，其具有可接受的密度，使LARES-2能夠在不進行昂貴的飛行認證測試的情況下獲得Vega C首飛資格。

Ciufolini和同事利用現有的全球激光測距站網絡，對LARES-2的軌道進行數年的跟蹤。這種探測器可以持續提供幾十年的數據。

根據牛頓引力理論，一個圍繞完美球形行星旋轉的物體應該一直沿著同一個橢圓軌道運行。但在1913年，愛因斯坦和他的合作者Michele Besso根據廣義相對論的初步版本提出，這樣一顆行星旋轉會導致衛星軌道發生輕微變化。1918年，奧地利物理學家Josef Lense和Hans Thirring對這種效應進行了精確的數學計算。現代計算預測，Lense-Thirring效應——一種相對論性的“幀拖拽”，應該會使軌道平面每年繞地軸進動或旋轉8.6百萬分之一度。

Ciufolini說，實際上，地球本身并不是一個完美的球體，而是“形狀像土豆”。由此產生的地球引力場的不規則性正是LAGEOS（激光地球動力學衛星）設計用來測量的東西，這增加了一些額外的軌道進動，使相對論效應更難測量。但通過比較兩顆衛星的軌道，可以消除這些不規則性。

Ciufolini自1984年發表博士論文以來一直致力于LARES任務概念的研究，他于2004年首次應用這一原理，通過比較LAGEOS和LAGEOS-2（ASI發射的類似探測器）的軌道來測量幀拖拽。他和他的合作者、馬里蘭大學帕克分校的Erricos Pavlis聲稱已經確定了該效應，準確率為10%。

盡管結果仍然很粗糙，但該團隊還是設法獲得了NASA一項耗資8億美元的實驗，該實驗旨在用一種不同的技術測量幀拖拽。2004年發射的高度復雜的重力探測器B任務，測量的不是航天器軌道的變化，而是4個旋轉球體傾角的變化，每年移動的幅度很小。意味著重力探頭B只能達到20%的精度，遠未達到其最初的目標1%。

Ciufolini團隊隨后使用LARES將其早期結果提高到2%的精度，LARES是第一個明確設計用于此類實驗的探測器。但運載火箭（早期的Vega火箭）的局限性意味著LARES只能達到1450公里的高度。LARES-2現在位于一個更為理想的5900公里處，在那里地球引力場的不規則性得到了抑制，但幀拖拽的影響仍然很強。