!LAGEOS卫星，一种与LARES-2设计相似的被动式激光测距航天器，用于广义相对论的精确测试。图片来源：NASA。
LAGEOS卫星，一种被动式激光测距航天器，其设计谱系延伸至LARES-2。两颗卫星均使用角反射器阵列来反射地面站发出的激光脉冲，从而实现毫米级精度的轨道追踪。图片来源：NASA。
2026年7月9日,,一颗在地球上空5,899公里（3,665英里）轨道上运行的小型意大利卫星，对广义相对论最奇异的预测之一,,旋转行星会拖曳其周围的时空结构,,作出了迄今最精确的测量。
这项结果于7月8日发表在《自然》杂志（doi:10.1038/s41586-026-10715-0）上，在千分之一水平上确认了爱因斯坦的理论,,较此前最佳的太阳系测试提升了一个数量级。该测量对替代引力理论（包括那些为解释暗能量而提出的理论）施加了迄今最严格的约束。
“我们所看到的是时空被地球自转扭曲的现象，”该研究的主要作者、萨伦托大学的伊尼亚齐奥·丘福利尼表示，其团队包括诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯。”这种效应极其微小，但LARES-2使我们能够以非凡的清晰度测量它。”
时空拖曳的工作原理
时空拖曳,,也称为伦斯-瑟林效应或引力磁学,,产生于爱因斯坦方程将质量-能量流视为电磁学处理电流的方式。正如运动中的电荷产生磁场一样，旋转的质量产生引力磁场，从而扭曲局部惯性系。
对地球而言，这种效应微乎其微。由于时空拖曳，绕地球运行的卫星轨道平面每年仅进动约2米（6.6英尺）,,约为卫星高度处一根人类头发的宽度。从地球自身不规则形状所产生的远为巨大的引力扰动中提取这一信号，数十年来一直困扰着物理学家。
LARES-2实验
LARES-2（激光相对论卫星2号）于2022年7月13日搭乘欧洲Vega-C火箭的首飞，从法属圭亚那库鲁发射升空。由意大利航天局（ASI）与欧空局合作建造的这颗卫星是一个直径36.4厘米（14.3英寸）、重387公斤（853磅）的被动球体。其表面覆盖着303个角隅棱镜反射器,,能够将激光脉冲反射回光源的精密反射镜。
全球卫星激光测距（SLR）站网络向LARES-2发射脉冲并测量往返时间，以毫米级精度追踪卫星位置。研究团队将LARES-2的3.5年数据与老一代LAGEOS卫星（NASA，1976年及ASI/NASA，1992年）的26年数据，以及GRACE和GRACE Follow-On任务的引力场模型相结合。
关键的创新在于轨道几何。LARES-2运行在与LAGEOS呈”互补轨道”的姿态上：两者的轨道平面几乎垂直，倾角之和约为180度。这种配置抵消了来自地球赤道隆起（J2谐波）的主要引力扰动，使微小的时空拖曳信号显露出来。
“我们设计了轨道来消除噪音，让信号能够穿透出来，”罗马第一大学的合作作者安东尼奥·保洛齐表示。”从最初提议到现在，将近40年才走到这一步。”
结果的意义
测得的时空拖曳效应与广义相对论的预测在0.2%以内吻合。除了再次确认爱因斯坦之外，这一结果对基础物理学具有重要启示。
几种替代引力理论,,特别是Chern-Simons引力，一种源自弦理论的标量-张量扩展,,预测的时空拖曳值与广义相对论不同。LARES-2的测量排除了这些模型的广泛类别，缩小了暗能量和宇宙加速膨胀解释的理论空间。
这些数据还改进了对地球日月潮汐,,月球和太阳对地球的引力形变,,的测量，证明高精度相对论实验能够带来地球物理学方面的红利。
从构想到轨道的漫漫长路
利用互补轨道卫星测量时空拖曳的想法首次发表于1980年代中期，由丘福利尼和已故的约翰·阿奇博尔德·惠勒推动。该项目最初称为LAGEOS-3，但一再被推迟。2016年，意大利航天局以LARES-2的名义重启了该项目，采用了显著改进的技术并在新型Vega-C火箭上进行了专用发射。
卫星的优化设计,,极低的表面积与质量比，最大限度地减少了来自残余大气和太阳辐射压力的阻力，加上高度均匀的反射器分布,,使千分之一的测量成为可能。此前仅使用LAGEOS和LARES（2012年发射）的测试实现了约2%的精度。
未来展望
随着LARES-2继续积累数据，研究团队预计未来几年精度还将进一步提高。该卫星不携带任何电子设备或推进装置，也没有活动部件,,其设计寿命以数十年计。同样的激光测距技术可应用于未来围绕其他行星或月球的探测任务，在这些地方，由于引力场更强，时空拖曳效应更为显著。
“每次我们更精确地检验广义相对论，爱因斯坦都能通过，”丘福利尼说。”但这并非失败,,而是确认我们对引力的理解走在正确的轨道上。它关上了那些可能将我们引向歧途的理论的大门。”
参考文献：
- Ciufolini， I.， Paolozzi， A.， Pavlis， E.C. et al. “LARES-2 satellite measures frame-dragging effect around the Earth.” Nature 655, 332-335 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10715-0
- Ciufolini， I. et al. “First results of the LARES 2 space experiment to test the general theory of relativity.” European Physical Journal Plus 138, 1054 (2023).
- Italian Space Agency (ASI): LARES-2 mission overview. https://www.asi.it/en/earth-science/lares-2/
婷 翻译