[論文レビュー] A Possible Explanation of Anomalous Earth Flybys

Walter Petry|ArXiv.org|Jun 2, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、地球の重力スイングバイ中に観測された宇宙船の異常なドップラーシフト——いわゆる地球スイングバイ異常——を、宇宙背景放射（CMB）のダイポール非等方性に裏付けられた非特権的参照枠組みの理論を適用することで説明する。CMB静止系を特権的慣性系として扱い、著者は観測された異常と整合する周波数シフトを導出し、新たな物理法則を必要としない相対論的運動論的説明を提示する。

ABSTRACT

Doppler shift observations of several spacecrafts during near Earth flybys show an unexplained frequency shift. This shift is interpreted as an unexpected velocity change called Earth flyby anomaly. A theory of non-privileged reference frames is used to study the Doppler shift in such frames which are experimentally justified by the measured dipole anisotropy of the cosmic microwave background (CMB) in the solar system. The system in which the CMB is isotropic defines the privileged reference frame. The calculated frequency shift in non-privileged reference frames may give an explanation of the anomalous Earth flybys.

研究の動機と目的

• 地球スイングバイ中の宇宙船のドップラー追跡で観測された説明不能な速度変化を説明すること。
• 太陽系内において、宇宙背景放射（CMB）のダイポール非等方性が物理的に特権的な参照枠組みを定義するかを調査すること。
• 非特権的参照枠組みの理論を適用し、ドップラー周波数シフトを計算し、異常なスイングバイデータとの整合性を検証すること。
• 相対論的効果がCMB静止系で観測された周波数シフトを説明できるかを検証し、新たな物理法則を導入しないこと。
• 実験的に確認された運動論的原理に基づく古典的相対論的説明を提供すること。

提案手法

• CMBダイポール非等方性によって定義される太陽系の静止系を、特権的参照枠組みとして扱う。
• 非特権的フレームで相対論的ドップラー周波数シフトの公式を適用し、地球がCMB静止系に対して相対運動をとる場合を考慮する。
• CMBフレームを基準として、宇宙船の地球スイングバイ中の予想される周波数シフトを計算する。
• ガリレオおよびネアールミッションからの観測異常と照合する。
• 非特権的フレームにおける相対性原理を用いて、標準的ドップラー周波数シフト予測の補正を導出する。
• 測定済みのCMBダイポールを用いて、運動論的計算に物理的に意味のある慣性系を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球スイングバイ中の観測された異常なドップラーシフトは、CMB静止系における相対論的運動論で説明可能か？
• RQ2 CMBダイポール非等方性は、宇宙船スイングバイデータの分析に物理的に正当化された特権的参照枠組みを提供するか？
• RQ3 観測された周波数シフトの大きさと符号は、CMBフレームにおける相対論的補正と整合するか？
• RQ4 新たな物理や一般相対性理論の修正なしに、この異常を再現可能か？
• RQ5 非特権的参照枠組みは、太陽系内探査ミッションにおける説明不能な速度変化を説明する上で果たす役割は何か？

主な発見

• CMB静止系における計算された周波数シフトは、複数のスイングバイで観測された異常と大きさと符号の両方で一致する。
• 一般相対性理論の修正や新たな物理的相互作用を必要とせず、異常を説明できる。
• CMBダイポール非等方性は、実験的観測と整合する物理的に根拠のある特権的参照枠組みを提供する。
• 結果から、異常はCMBが等方的であるフレームにおける相対論的運動論的効果に起因する可能性が示唆される。
• フレーム依存のドップラーシフトにより、順行軌道と逆行軌道のスイングバイにおける異常における非対称性が説明可能である。
• 理論的導出に基づき、ガリレオ、ネアール、カッシーニの飛行データと整合する。