愛因斯坦，全球定位系統(tǒng)(GPS)和距地球20萬(wàn)億英里的一對(duì)恒星有什么共同點(diǎn)?答案是愛因斯坦的相對(duì)論通論(稱為“引力紅移”)產(chǎn)生的一種影響，在這種情況下，光因引力而變?yōu)榧t色。天文學(xué)家利用NASA的錢德拉X射線天文臺(tái)，在距我們約29,000光年(200,000萬(wàn)億英里)的銀河系中的兩顆彼此繞行的恒星中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。盡管這些恒星非常遙遠(yuǎn)，但引力紅移對(duì)現(xiàn)代生活產(chǎn)生了明顯影響，因?yàn)榭茖W(xué)家和工程師必須考慮到它們，才能為GPS提供準(zhǔn)確的位置。

盡管科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系中引力紅移的確鑿證據(jù)，但要在太空中更遙遠(yuǎn)的物體中觀察到引力紅

移卻具有挑戰(zhàn)性。Chandra的新結(jié)果為在新的宇宙環(huán)境中發(fā)揮作用的引力紅移效應(yīng)提供了令人信

服的證據(jù)。

被稱為4U 1916-053的引人入勝的系統(tǒng)在非常接近的軌道上包含兩顆恒星。一個(gè)是一顆恒星的核

心，該恒星的外層被剝?nèi)?，留下了一顆比太陽(yáng)更密的恒星。另一個(gè)是中子星，這是一個(gè)更大的物

體，當(dāng)超大新星爆炸中有大質(zhì)量的恒星坍塌時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生。在畫家的印象中，中子星(灰色)

顯示在從其伴星拉出的熱氣盤的中心(左側(cè)為白色星)。

這兩顆緊湊的恒星相距僅215,000英里，大約是地球與月球之間的距離。月亮每月繞行星運(yùn)行一

次，而4U 1916-053中的密伴星繞著中子星旋轉(zhuǎn)，僅用50分鐘就完成了一次完整的軌道。

在有關(guān)4U 1916-053的新工作中，團(tuán)隊(duì)分析了錢德拉(Chandra)的X射線光譜，即不同波長(zhǎng)的X射

線數(shù)量。他們發(fā)現(xiàn)了光譜中鐵和硅吸收X射線光的特征。在錢德拉進(jìn)行的三個(gè)獨(dú)立觀測(cè)中，數(shù)據(jù)

顯示，所檢測(cè)到的X射線量急劇下降，接近預(yù)期鐵或硅原子吸收X射線的波長(zhǎng)。主圖中包括顯示鐵

吸收的光譜之一(左右兩側(cè)的傾角)。附加圖形顯示了被硅吸收的光譜。在兩個(gè)光譜中，數(shù)據(jù)均

顯示為灰色，計(jì)算機(jī)模型顯示為紅色。

但是，與地球上的實(shí)驗(yàn)室值相比，鐵和硅的這些特征標(biāo)記的波長(zhǎng)移到了更長(zhǎng)或更紅的波長(zhǎng)(每個(gè)吸收標(biāo)記的藍(lán)色垂直線所示)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)Chandra觀測(cè)中，每個(gè)吸收特征的位移都相同，并且它太大，無(wú)法用遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)來解釋。相反，他們得出結(jié)論，這是由引力紅移引起的。

這與廣義相對(duì)論和GPS有何關(guān)系?正如愛因斯坦理論所預(yù)言的那樣，在重力作用下的時(shí)鐘運(yùn)行速度比從遠(yuǎn)處重力較弱的區(qū)域觀看的時(shí)鐘運(yùn)行速度慢。這意味著從運(yùn)行中的衛(wèi)星觀察到的地球時(shí)鐘運(yùn)行速度較慢。為了獲得GPS所需的高精度，需要考慮到這種影響，否則時(shí)間上的細(xì)微差異會(huì)迅速增加，從而計(jì)算出不準(zhǔn)確的位置。

包括X射線在內(nèi)的所有類型的光也會(huì)受到重力的影響。打個(gè)比方，就是一個(gè)人正在扶梯而下降。當(dāng)他們這樣做時(shí)，與自動(dòng)扶梯靜止或上升相比，人損失的能量更多。重力對(duì)光有類似的影響，能量損失會(huì)降低頻率。由于真空中的光始終以相同的速度傳播，因此能量損失和頻率降低意味著光(包括鐵和硅的信號(hào))轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。

這是第一個(gè)有力的證據(jù)，證明在一對(duì)具有中子星或黑洞的恒星中，吸收特征會(huì)因重力而轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。先前已經(jīng)從白矮星的表面觀察到有明顯的吸收引力紅移的證據(jù)，其波長(zhǎng)偏移通常僅為4U 1916-053的約15%。