對於愛因斯坦的預言被證實這件事，我們幾乎已經習以為常了。通過廣義相對論，愛因斯坦讓世人看到了很多驚人的理論，也讓他們遲遲無法證明這些理論。直到100多年後的今天，仍然需要人們去證明。
廣義相對論第一次被證實，就是解釋了水星進動問題。水星進動指的是水星公轉的實際軌跡和牛頓定律計算出的理論軌跡不符合的現象，這個謎題困擾了科學家幾十年，人們甚至不得不提出了水星內部還有行星的假設，但沒有一個假說是成立的。知道愛因斯坦提出了廣義相對論，而天文學家利用這個理論計算出的水星軌跡完美符合了實際，最終解開了這個謎題，同時也證實了廣義相對論的正確性。
最近，在經過長達27年的觀測之後，天文學家在銀河系中心再次找到了證明廣義相對論的證據，讓我們再一次被愛因斯坦的智慧所折服。
提到這一次證實廣義相對論，我們就不得不提到一個人——卡爾·史瓦西。史瓦西是德國物理學家，他對愛因斯坦的廣義相對論進行過詳細的分析，並且推導出了許多理論，這些理論都是證實廣義相對論的重要證據。比如黑洞，就是史瓦西通過愛因斯坦場方程求出的一個真空解所推測出來的。
除了黑洞之外，史瓦西還推導出了極小質量的粒子在某個引力場中的運動軌跡，這叫做史瓦西進動。後來人們發現，其實這個現象不僅僅可以研究微觀粒子，只要引力場足夠強大，其中的某個天體質量小到可以忽略不計，就都符合這個現象，比如太陽系內的行星，或者超大質量黑洞旁邊的恆星。
這一次證明這個理論，是通過銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*和它附近的一顆恆星S2。
高中物理中的開普勒行星三大定律中的第一條就告訴我們：行星以橢圓形的軌道圍繞太陽公轉，太陽位於其中一個焦點上。這一條定律不僅僅適用於太陽系，對於宇宙中的很多天體都是適用的。不過，在史瓦西所描述的情況（可忽略質量的天體位於強大引力場）下，天體就會以詭異的軌道公轉。
比如這顆名為S2的恆星，圍繞著質量400倍於太陽的超大質量黑洞人馬座A*公轉，就符合這個體系。因此科學家推測，按照史瓦西根據廣義相對論所推導出的史瓦西進動理論，這顆恆星會以花瓣狀的軌道圍繞黑洞公轉。
經過長達27年的持續觀測，科學家們果然發現了這種螺旋形的運動軌跡，愛因斯坦的理論再一次被證實。
這是人類第一次在超大質量黑洞周圍探測到史瓦西進動現象，這表明即使在最極端的引力環境中，恆星的運動軌跡也是符合愛因斯坦理論的。從水星到恆星，從太陽到超大質量黑洞，它們的運動規律都掌握在愛因斯坦的廣義相對論中。
德國馬斯克·普朗克天文研究所的天體物理學家、GRAVITY協作組成員Reinhard Genzel解釋說：“愛因斯坦的廣義相對論預測，一個天體圍繞另一個天體的軌道並不像牛頓定律那樣是封閉的，而是在運動平面內向前進動。這個現象最早在水星軌道上被證實。一百年後的今天，我們在銀河系中心的人馬座A*附近檢測到了同樣的效應。”
（水星進動示意圖）
據介紹，S2距離人馬座A*大約17光時，也就是200億公里左右，相當於海王星軌道的4倍。在黑洞的200億公里外，和距離太陽200億公里是完全不同的概念。黑洞的恐怖引力會產生更強的向心力，試圖將S2吞噬到腹中。不過S2能保護自己的周全，也在於驚人的公轉速度所提供的離心力相平衡。觀測結果顯示，S2的公轉速度已經達到了3%光速，也就是每秒9000公里，公轉週期僅16年，相當驚人。因此，在這個極度危險的地獄邊緣，S2才能獨善其身。
這種走在“刀刃上”的天體，對於天文學家來說無疑是絕佳的觀測對象。因此，從1992年開始，GRAVITY協作組就開始了對它的觀測，一直到2019年底。
這不是S2第一次證明廣義相對論，在2018年的時候，S2運行到人馬座A*附近，產生了極端的光線變化，證明了廣義相對論的另一個預言。而這一次，天文學家對它觀測的330個結果，再一次鞏固了廣義相對論的地位。
除此之外，S2的運動軌跡正好可以讓科學家加以利用，反推出人馬座A*的質量，這個方法也很簡單，就是牛頓圓周運動的公式代入即可。結果再一次符合了以往天文學家的推測——400萬倍太陽質量，看起來銀河系中心的這顆超大質量黑洞的體型已經基本不會被駁倒了。
在此之前，天文學家還利用S2的運動軌跡，重新測量了太陽系到銀心的距離。同樣的，結果再一次和以往的數據重合，大約是2.6萬光年。
天體物理學家Guy Perrin和Karine Perraut指出：“由於S2的觀測結果非常好地遵循廣義相對論，我們可以更好地縮小人馬座A*附近不可見物質的質量範圍，比如暗物質或者是其他小黑洞，這對於理解超大質量黑洞的形成和演化有很重要的意義。”
僅僅是這樣一顆恆星，就能給天文學家提供如此多的信息，這就是天文學的奇妙之處。我們的科技還沒有非常先進，對於宇宙的瞭解也很有限，因此天文學家不得不像偵探一樣不斷地推導和分析、演繹，才鞥你獲得更多的信息。看起來，天文學家這個差事，還真的是不輕鬆啊……
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