星光偏折 (上篇)

mca

今天是 2010.05.29。

1919 年的今天，英國天文學家愛丁頓 (Arthur Eddington) 等人利用日全食觀測証實愛因斯坦的「星光偏折」預言。


         


假設上圖恆星 S 在太陽的視線附近，廣義相對論認為星光能被太陽引力偏折 (deflected)，在日全食時將見到恆星的位置移向 S'，星光偏折的角度可以從公式預測：

                                           Φ = 4 G M / (r . c^2)  radian

r 是星光經過太陽側邊的最近距離，θ 是恆星至太陽角距，由于 r = a tan θ，求得 r 後 Φ 便知道了。實際上，θ 角不易量度，儘管如此，1919 年的日全食仍然取得 Φ = 1.75 角秒，與預測一致，相對論又再次通過觀測的考驗。

到了八、九十年代，更多星光偏折現象被先進的光學和射電望遠鏡發現，包括「引力透鏡」(gravitational lensing) 和相對小型的「微引力透鏡」(microlensing) ：

.   「引力透鏡」現象指超大質量天體 (星系群、星系、類星體、黑洞等) 把背後的另一天體遮掩，並且把背後天體放大或偏折成多重影像，猶如玻璃透鏡造成的光學效果。

.   「微引力透鏡」現象指在前景的天體沒有足夠質量產生可見的放大或多重影像，它的引力場只能把被掩星體的星光聚焦成小光點，故名。微引力透鏡依靠前、後星體排在同一視線的微小範圍才能發生，因此不會常見，但可用來探測望遠鏡分辨不出的天體，例如太陽系外行星、極暗的棕矮星。


引力透鏡示意圖  (來源  http://www.centauri-dreams.org/?p=677)



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引力透鏡動畫 (來源 http://www-ra.phys.utas.edu.au/~jlovell/simlens/)



左圖假設無引力透鏡現象，在前景的星系 (黄色圈) 只在極遙遠的紅色類星體 (redshifted quasar) 前經過。

右圖假設星系中心藏有超大質量黑洞，其引力把穿過的類星體光波 (其實是射電波) 偏折和放大，產生引力透鏡現象。請留意，當左圖的類星體剛好經過黃色圈中心 (即星系引力最強處) 時，右圖圈內的光度會因透鏡的聚焦作用而突然增加，這種聚焦使星光驟增現象與上文提及的「微引力透鏡」作用相同。

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参考：

Eclipse that Changed the Universe, total 4 pages  (1919 年日全食的故事)
http://www.firstscience.com/home ... -page-1-1_1214.html

Arthur Eddington  (阿瑟 . 愛丁頓)
http://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Eddington

Gravitational Lensing  (引力透鏡)
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens

Gravitational Lensing  (引力透鏡)  與 Gravitational Microlensing  (微引力透鏡)  的分別
http://www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/FAQ/star/e_faq_star_3.htm  (date 29.06.2001)
http://www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/FAQ/e_index.htm  (date 31.08.2004)

用「微引力透鏡」方法發現太陽系外行星
http://www.nsf.gov/news/news_sum ... =OLPA&from=news