相对论激光天体测量检验任务的光学设计

本文讨论激光天体测量检验相对论（LATOR）任务。通过结合在太阳邻近处高精度引力光偏折的独立时间序列测量与行星际尺度上的 Shapiro 时间延迟测量（精度分别优于 $10^{-13}$ 弧度与 1 cm），LATOR 将显著提升我们对相对论性引力的认识。主要任务目标是：i) 以 $10^9$ 分之一的精度测量关键的后牛顿 Eddington 参数 $\gamma$。$(1-\gamma)$ 是引力理论中存在新相互作用的直接度量，在其搜寻中，LATOR 比目前最佳结果（Cassini 2003 年测试）深入 30,000 倍。其他任务目标包括：ii) 首次以约 0.01% 精度测量引力对光的非线性效应；既包含传统的 Eddington $\beta$ 参数，也包含空间度规的二阶势贡献（此前从未被测过）；iii) 以预期大小的 200 分之一精度直接测量太阳四极矩 $J_2$（目前尚不可得）；iv) 以百分之一精度直接测量太阳转动引力磁场所致光的“参考系拖曳”效应。LATOR 的主要测量通过寻找当今太阳系中残留的标量场，将相关宇宙学的标量-张量引力理论的搜寻推向前所未有的精度。LATOR 的关键要素是由激光测距与长基线光学干涉提供的几何冗余。我们讨论这一拟议实验的任务与光学设计。