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user: 5. 重力固体潮理论包含了引力以光速传播假定 A测站t时刻重力固体潮理论值，太阳位置要用经光行差校正后的真位置 X S R ( t − Δ t s ) 的时空值，太阳引力从 ( t − Δ t s ) 时刻发出，t时刻到观测点A。 如果固体潮观测值的幅度和相位都与理论值相符，就说明重力固体潮理论是反映了客观真实的，也说明引力相互作用传播速度与光速相同。 5.1. 对重力固体潮观测数据在时间域中的分析 若引力瞬间传播，太阳引力从 ( t − Δ t s ) 时刻发出，到观测点A的时刻就不是t而是 ( t − Δ t s ) ，比引力以光速传播早到了约500秒。引力瞬间传播的理论固体潮值，作为引力接收方地球和测站的位置应该用 ( t − Δ t s ) 时刻的值计算。 汤克云 [ 2 ] [ 3 ] 将中国地震局新疆乌什站PET型弹簧重力仪2009年7月22日的秒采样固体潮观测数据，和固体潮理论计算的理论值及设想引力瞬间传播的理论值比较(图3)。 图3中三条曲线几乎完全重合，但在局部放大的图4中可以看出，三条曲线间有足够明显的时差。图4中三条曲线大致平行，若以观测值为准，观测值滞后光速传播曲线32秒，观测值滞后引力瞬间传播理论曲线141秒。 从地球物理角度，观测值滞后光速传播曲线32秒，可用海潮和地球物质的粘弹性解释。观测值滞后瞬间传播曲线141秒，则无法解释。由此可以初步得出引力瞬间传播的设想是错的，引力以光速传播的假定可能是正确的。 下一步，汤文对观测值作滞后校正，再扣除月潮理论值，分离出太阳潮观测值，与日潮理论值及引力瞬间传播日潮理论值比较(图5)，最后得出引力速度与光速的偏差不超过5%的结果 [ 2 ] [ 3 ] 。 汤文中计算引力与光速的偏差，主要依靠光由太阳到地球需要约500秒时间，PET型弹簧重力仪的采样间隔与之相比要短得多(采样间隔为1秒)。影响计算偏差的主要因素是关于地球介质滞弹性导致固体潮的时间滞后dt ，汤文根据文献 [ 8 ] [ 9 ] 取dt = 37秒是全球平均值，对某一个具体地方会有误差。乌什和狮泉河站虽然远离海洋，海潮影响相对较小，没有作海潮改正，也有误差。此外，依据一天观测数据在时间域中的分析不能将太阳和月亮的引力分离开，汤文中用观测值扣除月潮理论值，得出太阳潮观测值是不得已的做法。有了长序列观测数据，利用日潮与月潮频率的差异，利用数字滤波等调和分析方法，可以直接将日波S 2 与月波M 2 的相位滞后值分离出来。 可以肯定的是，即使不作介质滞弹性时间滞后校正，仍不支持引力瞬间传播，只是偏差会增大到26%。 汤文中狮泉河、乌什两个站，固体潮观测数据和固体潮理论计算结果符合，与引力瞬间传播理论值 图3. 新疆乌什台2009年7月22日固体潮观测曲线与固体潮理论值、引力瞬间传播理论值三条曲线的比较 图4. 图3局部放大框中固体潮观测值曲线(A)与固体潮理论值曲线(B)及引力瞬间传播理论曲线(C)的放大显示图。若以观测值为准，固体潮理论值曲线超前观测值约32秒，引力瞬间传播理论曲线超前观测值约141秒 图5. 新疆乌什台2009年7月22日，日潮观测曲线(A)与日潮理论值(B)、引力瞬间传播日潮理论值(C)三条曲线的比较。此图引自文献 [ 3 ] 相差甚远，证明引力相互作用传播速度与光速相同。 5.2. 对重力固体潮长序列观测数据在频率域中的分析 地球固体潮波由日月天体与地球间距离和地球自转、公转周期性变化产生，包括一系列不同频率的波。各种波频率不同，有了长序列观测数据，用数字滤波器将这些波分离，可以求出各波观测值与理论值的振幅比值和相位差。太阳波中以半日波S2振幅最大，月亮波中以半日波M2振幅最大，这两种波振幅因子和相位差的精度高于其它波。 太阳引力产生的半日波S2波，其角速度为每小时走30度。引力瞬间传播时，引力比光早500时秒超前到达地球，500时秒相当于引力瞬间传播的太阳重力固体潮观测值半日波中S2波的相位，比固体潮理论值半日波中S2波相位将超前4.2°。 月亮光到地球的时间 Δ t M 仅 1 • s 28 时秒，月亮引力产生的M 2 波，其角速度为每小时走 28 ∘ ∗ 98189 度，则 1 • s 28 时秒应走 0 ∘ • 010 度。假定引力传播速度无穷大，则月亮固体潮观测值比月亮视位置作为理论值的固体潮早到 1 • s 28 时秒，在重力仪目前观测精度下，月亮的真位置与视位置可以认为重合。在引力瞬间传播情况下，月亮M 2 波相位滞后的超前量可视为0°。 中国科学院测量与地球物理研究所孙和平研究员等对武汉站SGC032号超导重力仪重力固体潮资料，对观测结果进行光行差和海潮负荷改正后，给出了各种分潮波的潮汐因子及相位差。表1中资料选取从2000年3月31日到2003年6月15日 [ 10 ] 。 表1中第一行为未经海潮负荷改正的调和分析结果，下面11行是经各种海潮负荷改正方法改正后得到的结果，第一列中的SCW80、CSR3.0…是使用的海潮模型名称。 各波下面左边一列数据为观测值与理论值的振幅比，右边一列为观测值相位与理论值相位的相位差，由表1可以看出，月亮潮汐波中的半日波M 2 波中只有一种海潮改正后相位差为0.22度，太阳潮汐半日波S 2 波中只有一种海潮改正后相位差为0.27度，其余各方法均小于0.2度。 Table 1 The comparison of tidal parameters before and after tidal load correction in Wuhan station [10 武汉站 超导重力仪 M2波 S2波 δ Δφ δ Δφ Observed 1.1753 −0.27 1.1715 −0.36 SCW80 1.1654 −0.16 1.1630 −0.27 CSR3.0 1.1648 −0.12 1.1606 −0.16 CSR4.0 1.1650 0.07 1.1638 −0.06 FES95.2 1.1720 0.22 1.1649 0.12 FES99 1.1694 −0.00 1.1650 −0.12 FES02 1.1636 0.10 1.1617 −0.03 TPX02 1.1634 0.17 1.1648 0.10 ORI96 1.1627 −0.04 1.1610 −0.07 AG95 1.1682 −0.01 1.1615 −0.03 GOT00 1.1637 0.06 1.1641 −0.09 NAO99 1.1634 0.08 1.1637 −0.06 表1. 武汉台站经海潮负荷改正前(后)潮汐参数间的比较[ 10 ] 注：δ为振幅因子(无量纲参数)，Δφ为相位滞后(˚)。 观测到的M 2 波和S 2 波的相位差都符合固体潮理论相位差为零或接近于零的结论。 若引力瞬发即至，则太阳的引力比太阳光先到地球500秒钟，相当于太阳半日波S 2 波的观测值比理论值的相位要超前4.2度，但从表中看出S 2 波观测值与理论值的相位差仅0.2度左右，因此引力瞬发即至的结论不成立。 由表1中还看出太阳波中的S 2 波观测值与理论值的相位差，基本等于月亮波中M 2 波观测值与理论值的相位差。月亮的光仅须1.3秒钟到达地球，为什么两者观测值与理论值相位差基本相等，且都接近于零呢?只有一种解释，即太阳光与太阳引力同时到达地球，月亮光与月亮引力同时到达地球才有可能，才有相位差与天体到地球之间距离无关。也说明引力的传播速度与光的传播速度相同。 按理光和引力同时到达地球时，观测值与理论值应没有相位差，表1中列出S 2 波M 2 波均有约0.2度的相位差，主要由地球物质非弹性产生，予以扣除后两种波的相位差均应接近于零，残差部分来自海潮改正的不充分和仪器观测精度所限。 海潮负荷改正目前尚未有公认的权威方法和统一的海潮图，表1所列相位差的数值，表现出不同海潮负荷改正方法有较大的差异，M 2 波、S 2 波最大最小的相位差之差达0˚.39。表1中所列相位差的数据，没有理由进行取舍。现将表1中M 2 波和S 2 波海潮负荷改正后的相位差，分别去除最大值，然后取平均，M 2 波的平均相位差为0˚.015，S 2 波平均相位差为−0˚.040，现在以0˚.015作为因地球的粘弹性引起的相位滞后，予以减去，则M 2 波相位差为零，S 2 波相位差为 Δ ϕ = − 0.055 ∘ ，由于S 2 波波速为每小时30度，故−0˚.055度相当于6.60秒，与太阳到地球光线传播时间500秒钟相比，为0.013。即引力速度与光速的偏差为1.3%。 不作海潮负荷改正的S 2 波相位差最大，为 Δ ϕ = − 0.36 ∘ ，则引力速度与光速的偏差为9.4%。 选择不同海潮改正方法，引力速度与光速的偏差也不同。但即使不作海潮改正，也不会改变引力以光速传播的论证，只是不确定性增大到10%，仍不支持引力瞬间传播结论。