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Perihelion Precession of Mercury

1915
  • Urbain Le Verrier
  • Albert Einstein
Astronomical observatory with telescope, illustrating perihelion precession in relativity.

(画像はイメージです)

一般相対性理論は、水星の近日点における異常な歳差運動を初めて正確に説明した。ニュートン重力では、水星の楕円軌道の向きがゆっくりと徐々に変化していく現象を完全に説明することはできなかった。アインシュタインの理論は、1世紀あたり43秒角のずれを正しく予測し、それを太陽周辺の時空の曲率に起因するものとした。これは、この理論にとって初期の大きな成果であった。

19世紀、天文学者たちは水星の楕円軌道が静止していないことを観測した。太陽に最も近づく点である近日点が、ゆっくりと前進、つまり歳差運動を起こしていたのだ。この歳差運動の大部分はニュートンの法則に従って他の惑星の重力によって説明できたが、1世紀あたり約43秒角というわずかなずれは説明がつかなかった。この異常は科学者たちを困惑させ、中には水星と太陽の間に未発見の惑星バルカンが存在すると提唱する者もいた。

1915年、アルバート・アインシュタインは、この問題に自身の新しい一般相対性理論を適用しました。彼の計算によると、太陽の質量によって引き起こされる時空の曲率が、ニュートン力学による重力の記述に修正を加えることが示されました。この修正により、アドホックなパラメータを用いることなく、1世紀あたり43秒角のずれを完全に説明できました。ニュートンの理論では軌道は閉じた楕円(2体システムの場合)ですが、一般相対性理論では軌道は閉じておらず、ロゼット状のパターンを描くと予測されます。この効果は、強い重力場にあり、軌道が偏心している天体で最も顕著に現れるため、水星は太陽系で理想的な候補となります。水星の近日点歳差運動のこの説明は、一般相対性理論がニュートンの理論よりも重力をより正確に記述していることを示す最初の強力な証拠の一つとなりました。

UNESCO Nomenclature: 2211
相対性理論

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ケプラーの惑星運動の法則
  • Newton’s law of universal gravitation
  • ウルバン・ル・ヴェリエによる惑星軌道の詳細な計算
  • 特殊相対性理論

アプリケーション

  • 一般相対性理論を支持する最初の主要な観測証拠
  • 一般相対性理論およびその他の重力理論の精密な検証
  • 代替重力理論を制約するために使用される
  • 高精度天体力学計算

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:近日点歳差運動、水星、一般相対性理論、ニュートン重力、時空の曲率、軌道力学、天体力学、重力。

歴史的背景

Perihelion Precession of Mercury

1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1918
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916
1918
1919-05-29

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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