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爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）


上篇文章哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（一）中 ， 当年爱因斯坦最开始是从等效原理中认识到光线与引力场的关系 ， 那么结尾留下的猜想是否正确呢？
爱因斯坦立即投入计算 ， 结果发现光线在引力场中会弯曲 ， 并且还给出了弯曲数值 ， 不过想要验证这项预言 ， 难度还是很大的 ， 因为即便像地球这么大质量的物体 ， 所产生的引力场对光线的影响也是非常弱小的 。
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
本文插图

但爱因斯坦还是提出了一个或许可行的实验办法 ， 利用日全食期间 ， 观察太阳附近的光线 ， 从一些已知的天体位置出发 ， 看看日全食当天 ， 它们的光线是否会发生偏折（表现为天体位置的变化）
而这项实验最终由英国的天文学家爱丁顿在1919年完成 ， 距离爱因斯坦当初提出这个想法时已经过去了8年 ， 而且在这期间还发生一个重要的小插曲 。
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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实际上在1914年的时候 ， 是有一次日全食发生的 ， 可惜受到第一次世界大战的影响 ， 当时那位准备去验证光线弯曲是否正确的天文学家弗洛恩德里希被俄国人给扣了起来（因为那次日全食的最佳观测点正好位于俄国境内）
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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不过也正是因为这次没有观测成功 ， 让爱因斯坦避免了一次尴尬 ， 因为他在1911年算出的弯曲数值是错的 ， 那时候广义相对论还没有完全建立 ， 当时采用的是等效原理和狭义相对论结合的办法 ， 给出的数值实际上是个半成品 ， 直到1915年广义相对论建立 ， 才给出了正确数值（正确数值恰好是原来的两倍）
后来到了1919年 ， 天文学家爱丁顿远涉重洋去了非洲和南美洲观测数据 ， 幸运的是 ， 数据和理论值相符的很好 。
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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至此 ， 终于证实了光线在引力场中确实会弯曲 。
但之前也说了 ， 一般情况下光线在引力场的弯曲现象是很微弱的 ， 即便是对于太阳这种恒星而言 ， 它所产生的引力场也没强到哪去 ， 否则我们在描述太阳系的引力情况时 ， 怎么还能继续用牛顿的万有引力定律呢？（涉及到强引力场时 ， 我们就必须使用广义相对论了）
不过光线如果在经过一些大质量天体 ， 比如星系团之类的（或者是黑洞也行） ， 当地球与星系团的距离以及发光天体与星系团的距离 ， 都适合时 ， 就会看到明显的光线弯曲现象（当然了 ， 肉眼是没法看到的 ， 要借助仪器）
比如一开始提到的那幅“爱因斯坦环” ， 就是哈勃望远镜观测到的LRG 3-757星系引力透镜效应（再放一次图 ， 如下）
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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当然了 ， 引力透镜效应的表现形式不止一种 ， 像爱因斯坦环如此明显的现象并不会经常遇到 ， 下面就再看几种其它类型的引力透镜效应 。
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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这幅图就不像爱因斯坦环那么典型了 ， 可能第一眼看上去有一种光线经过扭曲的感觉 ， 实际上这样是中心星系团弯曲了后方星系的光线 ， 在周围形成了断断续续的像
爱德文·哈勃：哈勃望远镜：让光线弯曲——引力透镜效应（二）
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这幅就是爱因斯坦十字 ， 在中心星系附近出现了四个相同的天体 ， 实际上这四个天体都是一个天体 ， 只是因为光线弯曲而产生了四个相同的像（当然了 ， 这种现象是比较少见的）


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