Свет, искривлённый тяжестью: точность до миллиардных долей градуса экспресс

Оригинал: "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 мин
Учёные рассчитали, как гравитация тел Солнечной системы отклоняет свет, чтобы будущие измерения стали точнее.

Луч света, проходя мимо массивного тела, слегка меняет направление — как струя воды, огибающая камень в ручье. В солнечной системе таких «камней» много: планеты, их спутники, астероиды. И каждый из них своей тяжестью искривляет путь света, идущего от далёких звёзд.

Авторы статьи рассчитали это искривление для случая, когда источник света и наблюдатель находятся на конечном расстоянии от массивного тела. Наблюдатель, например, расположен в точке Лагранжа L2 системы Солнце–Земля (это особая точка в космосе, где телескоп может «висеть» неподвижно относительно Земли и Солнца). Тела могут быть любой формы, с любой внутренней структурой и вращением — их гравитация описывается полным набором меняющихся во времени массовых и спиновых мультиполей (это математическое описание распределения массы и вращения).

Отклонение света гравитацией — эффект, предсказанный общей теорией относительности. Его впервые измерили в 1919 году во время солнечного затмения, и это стало триумфом теории Эйнштейна.

Для осесимметричных тел (таких, которые выглядят одинаково при вращении вокруг оси) отклонение выражается через полиномы Чебышёва — это набор математических функций, которые позволяют компактно описать сложную зависимость. Благодаря этому можно вычислить отклонение с любой точностью, учитывая все мультиполи.

Точность расчётов доведена до 10 наносекунд дуги. Это как заметить, что край листа бумаги сдвинулся на толщину атома, если смотреть с расстояния в километр.

Показано, что полное отклонение света — когда источник и наблюдатель находятся бесконечно далеко от тела — служит верхним пределом для любого реального случая. Это как если бы максимальный изгиб струи воды вокруг камня достигался, когда камень стоит в бесконечно длинном и спокойном ручье.

Эти расчёты нужны для будущих астрометрических измерений с точностью до субмикросекунды дуги. Такая точность позволит, например, точнее определять положения звёзд и проверять фундаментальные законы физики.

Отклонение света гравитацией Солнца составляет всего 1,75 угловой секунды — это угол, под которым виден палец на расстоянии вытянутой руки, разделённый на тысячу.

Учёные
Fritz ZwickyBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer Weiss
Понятия
отклонение света задержка света линия визирования гравитационное линзирование гравитационное поле яркость солнечный радиус фокус прицельный параметр слабое гравитационное линзирование поле зрения космическое расстояние изменение яркости дисперсия скоростей астрономическое наблюдение угол обзора наклонение транзит радиус звезды фотосфера