انحراف الضوء بالجاذبية: دقة تصل إلى نانوثانية قوسية سريع

الأصل: "Light deflection in the gravitational field of a solar system body with finite distance of source and observer for sub-micro-arcsecond astrometry"
· Sven Zschocke
arXiv:2608.15658v1 · 2026-08-16 · CC BY 4.0 · 2 دقيقة
حسب العلماء كيف تحرف جاذبية أجسام النظام الشمسي الضوء، لتصبح القياسات المستقبلية أكثر دقة.

شعاع الضوء، عند مروره بالقرب من جسم ضخم، ينحرف عن مساره المستقيم — وهي ظاهرة تعرف باسم العدسة الثقالية (gravitational lensing). تشبيه تدفق الماء الذي ينحني حول حجر في جدول ينقل الفكرة بشكل جيد: جاذبية الجسم الضخم تحني مسار الفوتونات، تمامًا كما يغير العائق مسار الماء. في النظام الشمسي، تعمل الكواكب وأقمارها والكويكبات كـ"أحجار"، كل منها بجاذبيته يحرف ضوء النجوم البعيدة.

قام مؤلفو الدراسة بحساب هذا الانحراف للحالة التي يكون فيها مصدر الضوء والراصد على مسافات محدودة من الجسم الضخم. كمثال على الراصد، تم اعتبار نقطة لاغرانج L2 في نظام الشمس-الأرض — وهي نقطة خاصة في الفضاء حيث يمكن للتلسكوب أن يحافظ على موقعه الثابت بالنسبة للجرمين السماويين. المهم أن الحساب يأخذ في الاعتبار أجسامًا ذات أشكال وبنى داخلية ودورانات عشوائية: إذ يوصف مجالها الثقالي بمجموعة كاملة من العزوم متعددة الأقطاب الكتلية والدورانية المعتمدة على الزمن — وهي خصائص رياضية تعكس توزيع الكتلة والزخم الزاوي.

انحراف الضوء بالجاذبية هو تأثير تنبأت به النظرية النسبية العامة. قيس لأول مرة في عام 1919 أثناء كسوف شمسي، وكان ذلك انتصارًا لنظرية أينشتاين.

بالنسبة للأجسام المتناظرة محوريًا، أي الأجسام التي تبدو متطابقة عند الدوران حول محور التماثل، يُعبر عن الانحراف من خلال متعددات حدود تشيبيشيف — وهي عائلة من الدوال الرياضية تسمح بتمثيل العلاقات المعقدة بشكل مضغوط. هذا المنهج يتيح حساب الانحراف بدقة عشوائية، من خلال الأخذ في الاعتبار تباعًا مساهمة كل قطب متعدد.

دقة الحسابات وصلت إلى 10 نانوثانية قوسية. هذا مثل ملاحظة أن حافة ورقة قد تحركت بسماكة ذرة، إذا نظرت إليها من مسافة كيلومتر.

تظهر الدراسة أن الانحراف الكلي للضوء، عندما يكون كل من المصدر والراصد على مسافة لا نهائية من الجسم، يعمل كحد أعلى لأي حالة حقيقية. تشبيه: أقصى انحناء لتدفق الماء حول حجر يمكن أن يتحقق في جدول طويل وهادئ بلا حدود، حيث لا توجد أي اضطرابات سوى الحجر نفسه.

هذه الحسابات ضرورية لقياسات فلكية مستقبلية بدقة تصل إلى أقل من ميكروثانية قوسية. هذه الدقة ستسمح، على سبيل المثال، بتحديد مواقع النجوم بشكل أدق واختبار القوانين الأساسية للفيزياء، بما في ذلك النظرية النسبية العامة، في ظروف قصوى.

انحراف الضوء بجاذبية الشمس يبلغ فقط 1,75 ثانية قوسية — وهي الزاوية التي يُرى بها إصبع على مسافة ذراع ممدودة، مقسومة على ألف.

العلماء
Fritz ZwickyBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer Weiss
المفاهيم
انحراف الضوء تأخير الضوء خط الرؤية العدسة التثاقلية المجال الجاذبي سطوع نصف قطر شمسي بؤرة معامل الاصطدام عدسة ضعيفة مجال الرؤية مسافة كونية تباين سطوع تشتت السرعة رصد فلكي زاوية الرؤية ميل العبور نصف قطر نجمي فوتوسفير