天文學家用重力為星球「秤重」讓愛因斯坦「不可能的希望」成真！
國際中心 2017 年 06 月 09 日
在愛因斯坦廣義相對論提出 100 餘年後，天文學家第一次成功利用相對論「秤」出了一顆星球的質量，讓「相對論」提出者愛因斯坦本人認為不可能做到的事成為現實。關鍵則在於，宇宙中巨大的質量會藉由重力，讓光線進行路徑彎曲。
美國太空望遠鏡科學研究所（ Space Telescope Science Institute ）天文學家薩胡（ Kailash Sahu ）領銜的一個國際研究團隊 7 日在美國《科學》（ Science ）雜誌上說，借助哈伯太空望遠鏡（ HST ），他們直接觀測到一顆白矮星（ white dwarf ）的重力扭曲了其身後一顆星球的光線，並在此基礎上第一次成功測量出這顆白矮星的質量。
「愛因斯坦（ Albert Einstein ）應該會自豪，」美國安柏瑞德航空大學 （ Embry-Riddle Aeronautical University ）天文學家奧斯華特（ Terry Oswalt ）在《科學》搭配的評論文章中寫道，「他的一個關鍵預測通過了非常嚴格的觀測性測試。」
愛因斯坦 1915 年提出的廣義相對論（ general theory of relativity ）讓人類對宇宙的認識發生了革命性變化。其一個關鍵預測是，距地球較近的星球會如同放大鏡一般扭曲來自它身後遙遠星球的光線，出現所謂「微重力透鏡」（ gravitational microlensing ）現象。當前方星球正好擋住後方星球時，光線圍繞前方星球構成一個圓環，人稱「愛因斯坦環」（ Einstein rings ）。 1919 年，英國科學家在日全食觀測中驗證了這一預測的正確性。
愛因斯坦還預測，當前景星球與後方星球不完全成一條直線時，「微重力透鏡」效應會導致後方星球稍稍偏移實際位置，並可利用偏移距離直接計算出前方星球的質量，被稱作「天體測量微透鏡」（ astrometric microlensing ）。可是， 1936 年，愛因斯坦又補充說，由於星球相距遙遠，偏移效應非常非常微小，「沒有直接觀測到這種現象的希望」。
在最新研究中，薩胡等人利用哈伯望遠鏡的優異角分辨率，在 5000 多顆恆星中尋找「天體測量微透鏡」。他們意識到，一顆快速移動、距離地球僅 18 光年的白矮星「Stein 2051 B」恰好符合這種定位，於是在 2013 年至 2015 年間 8 次把哈伯望遠鏡對準這顆星球。
2014 年 3 月的一次觀測研究顯示，在這顆白矮星的重力作用下，其身後的星球的觀測位置與實際位置相距約 2 毫弧秒，據此可計算「Stein 2051 B」的質量相當於太陽質量的 67.5%，誤差範圍正負 5.1%。
奧斯華特說，這項研究「為確定我們不容易通過其他方式測量的物體的質量，提供了一個新工具。」
此外，這項研究也為研究星系的歷史與演化「打開了一個新的窗口」，因為白矮星是演化到末期的恆星，奧斯華特說：「包括太陽在內，宇宙中至少 97%的星球將成為或已成為白矮星，它們講述了我們的未來以及我們的歷史。」
