Прецессия перигелия Меркурия¶

Прецессия перигелия Меркурия — медленный поворот линии апсид (большой оси) орбиты планеты Меркурий вокруг Солнца, вызванный гравитационными возмущениями со стороны других планет, а также, в небольшой, но принципиально важной части, — эффектами общей теории относительности (ОТО). Полный оборот перигелия Меркурия относительно звёзд составляет около 3 миллионов земных лет, при этом скорость смещения составляет примерно 574 угловые секунды (около 0,16 градуса) за столетие.

¶История открытия

Первые попытки объяснить аномальное смещение перигелия Меркурия относятся к середине XIX века. Французский астроном Урбен Леверье в 1859 году, анализируя многолетние наблюдения за положением Меркурия, обнаружил, что его перигелий смещается на 38 угловых секунд за столетие быстрее, чем предсказывает классическая небесная механика Исаака Ньютона. Позднее, после уточнения данных, эта величина была пересчитана до 43 угловых секунд за столетие.

Леверье предположил, что аномалия вызвана гравитационным притяжением неизвестной планеты, расположенной между Меркурием и Солнцем, которую назвали Вулкан. Поиски этой гипотетической планеты велись десятилетиями, однако обнаружить её не удалось.

¶Классическое объяснение

Основная часть прецессии перигелия Меркурия (около 531 угловой секунды за столетие) объясняется в рамках классической механики Ньютона. Она возникает из-за гравитационных возмущений, создаваемых другими планетами Солнечной системы, прежде всего Венерой, Землёй и Юпитером. Эти возмущения приводят к тому, что эллиптическая орбита Меркурия медленно поворачивается в пространстве.

¶Релятивистский вклад

Оставшиеся 43 угловые секунды за столетие не находили объяснения в рамках ньютоновской физики. Решение этой проблемы предложил Альберт Эйнштейн. В 1915 году в рамках созданной им общей теории относительности он рассчитал, что гравитационное поле Солнца искривляет пространство-время вблизи него, что приводит к дополнительному повороту орбиты Меркурия.

Согласно ОТО, для планет, движущихся по эллиптическим орбитам, перигелий должен смещаться на величину, зависящую от массы центрального тела и параметров орбиты. Для Меркурия, как самой близкой к Солнцу планеты, этот эффект максимален. Расчёт Эйнштейна дал ровно 43 угловые секунды за столетие, что полностью совпало с наблюдаемой аномалией.

¶Значение для физики

Объяснение прецессии перигелия Меркурия стало одним из первых и наиболее убедительных подтверждений общей теории относительности. Вместе с отклонением света в гравитационном поле Солнца и гравитационным красным смещением этот эффект составил три классических проверки ОТО, которые сыграли решающую роль в признании новой теории.

Точность современных измерений прецессии перигелия Меркурия, полученных с помощью радиолокационных наблюдений и космических аппаратов (например, «Мессенджер»), составляет доли угловой секунды. Это позволяет не только подтверждать предсказания ОТО с высокой точностью, но и использовать данные наблюдений для проверки альтернативных теорий гравитации и ограничения возможных отклонений от общей теории относительности.

¶Современное состояние

В настоящее время прецессия перигелия Меркурия рассматривается как один из стандартных эффектов, учитываемых при построении высокоточных эфемерид планет Солнечной системы. Релятивистский вклад в смещение перигелия учитывается при расчётах траекторий космических аппаратов и в моделях внутреннего строения Меркурия, где аномалии в движении перигелия могут указывать на распределение массы внутри планеты.