cR

种修正称为后牛顿修正。

行星近日点的进动

后牛顿修正虽然很小，但是有时它能起关键的作用。水

星近日点的进动，就是依靠后牛顿项来说明的。如果仅仅有

牛顿项，就不可能存在水星近日点的反常进动。

现在，不仅对水星观测到了反常的近日点进动，而且对其

它几颗行星也都有了定量的观测结果。下面的表中给出有关

几颗行星的反常近日点进动的观测值，以及根据后牛顿修正

理论得出的结果。我们看到，理论与观测的符合是相当好的。

·81·

行星行星理论

水星

金星

地球

伊卡鲁斯（小行星）

43.″11±0.″45/百年

8.″4±4.″8/百年

5.″0±1.″2/百年

9.″8±0.″8/百年

43.″03/百年

8.″6/百年

3.″8/百年

10.″3/百年

自转轴的进动

在牛顿的力学中，行星的自转是不参与引力相互作用的。

意思是说，太阳对行星引力的大小，只与行星的质量有关，而

与行星自转的快慢并无任何关系。牛顿的万有引力公式中，只

有物体的质量因子，而没有自转量。

但是，广义相对论则不同。有一些后牛顿修正项中，不仅

含有物体的质量因子，而且也含有物体的自转物理量，自转的

快慢对引力作用也有贡献。两个没有自转的质点之间的引力

相互作用与有自转的情况是不相同的。

这一新特征会引起自转轴的进动。也就是说，行星在运

动过程中它的自转轴的方向应当慢慢变化。对太阳系中的行

星来说，这个后牛顿的效应十分小，很难加以测定。何况还有

其它因素也会造成行星自转轴的变化，淹没了后牛顿的贡

献。

最近，利用脉冲星 PSR1913＋16，对于自转轴进动已经

给出了一个定­性­的观测证据。PSR1913＋16是由两颗致密

星（关于致密星我们在下章中还要仔细地讲）组成的。其中一

颗是具有高速自转的­射­电脉冲星。脉冲星的发­射­集中在一个

·82·

图

8-1 脉冲星的磁轴方向与它

的转动轴方向是不一致的。沿着

磁轴，有锥状的发­射­，因此，在转

动过程中，每当辐­射­锥指向地球，

我们就将收到一个脉冲

锥状体上（见图

8-1）。星体每自转一次，这个锥状辐­射­飞扫

过地球一次，我们就会测到一个­射­电脉冲。

PSR1913＋16于

1974年底被发现后，几年来的观测显

示出，它的­射­电脉冲形状（或叫脉冲轮廓）有少许的变化（见图

8-2）。这可能是自转轴进动的一种结果。

图

8-2 PSR1913＋16脉冲形状的变化，图中……线是

1977年

7月的观

测结果，┅┅线和——线分别是

1978年

6月和

10月的观察结果

·83·

因为辐­射­锥体的截面大体有下图所表示的形状。所以，

当自转轴进动时，扫过地球的区域是不同的。在图中标出了

1977年

7月和

1978年

10月可能的扫过线。所以，从脉冲形

状的变化使我们能估计自转轴进动的大小。按后牛顿修正理

论

PSR1913＋16自转轴的进动速率，应当是

1度/年，这个

值和观测是符合的。

图

8-3 脉冲轮廓变化的一种解释（­阴­影部分表示脉冲星辐­射­锥体的

截面，水平线则表示当脉冲星旋转时观测者视线所扫过的轨迹。当

自转轴进动时，视线穿过的区域发生了改变，使得观察到的脉

冲形状也发生了变化。图中实线表示

1978年

10月的观察

线，虚线表示

1977年

7月的观察线）

引力红移

既然对于在引力作用下速度大小可与光速相比拟时物体

不能再用牛顿引力理论，那么，光本身在引力场中的运动，一

定是从原则上就不能使用牛顿引力理论的。光与引力场之间

的相互作用，在本质上属于后牛顿的范围。本章的最后几节就

·84·

来谈谈在引力场中传播的光的几个新现象。

来谈谈在引力场中传播的光的几个新现象。

这个效应是说，当光在引力场中传播时，它的频率或者波

长会发生变化。一个在太阳表面的氢原子发­射­的光，到达地

球时，我们将发现它的频率比地球上氢原子发­射­的光频率要

低一点，即红移了（在可见光中，红光频率最低，所以一般把频

率降低的现象叫做红移，反之叫蓝移）。这是因为太阳表面上

的引力场比地球上的强

即

GM

值大

，如果有人在太阳表

2 .

cR .

面去接收从地球上发来的光，他会发现频率都要变高一点，即

蓝移了。

GM .

总之，当光从引力场强

.即2 大.

的地方传播到引力

cR .

场弱

即

GM

小