[論文レビュー] Anomalous frequency shifts in the solar system

Jacques Moret‐Bailly|ArXiv.org|Jul 19, 2005

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

論文は、太陽系内での異常な周波数シフト——パイオニア探査機の信号、太陽のUV線スペクトル、および宇宙マイクロ波背景放射の非等方性——が、2Sまたは2P励起状態にある原子水素におけるコherent Raman相互作用によって生じるものであり、ドップラー効果や新物理ではなく、それらのシフトが原因であると提唱する。この効果は、コherent Raman Effects on Incoherent Light（CREIL）と呼ばれる。低密度水素ガス中では、光ビーム間でのエネルギー移動が可能となり、観測可能な周波数シフトを生じさせる。このシフトは、特異な力やメカニズムを必要とせず、観測された異常を説明できる。

ABSTRACT

The improvements of the observations of the solar system allowed by the use of probes and big instruments let appear several problems: The frequencies of the radio signals received from the probes sent over 5 UA from the Sun are too high; the explanation by spicules or siphon-flows of the frequency shifts of UV emissions observed on the surface of the sun by SOHO is not satisfactory; the anisotropy of the CMB seems bound to the ecliptic. This problems are solved using a coherent optical effect, deduced from standard spectroscopy and easily observed with lasers. In a gas containing atomic hydrogen in states 2S and (or) 2P, transfers of energy between light beams, allowed by thermodynamics, produce the required frequency shifts or amplifications.

研究の動機と目的

• 5 AUを超える領域で観測されるパイオニア10および11号の信号における未解明の周波数シフトを解消すること。
• SOHOが観測した静穏太陽のUV線スペクトルにおける残余赤方偏移を、従来のスフィクルやシフォン・フロー理論では説明できない物理的メカニズムで説明すること。
• 太陽系の動力学に結びついた物理的メカニズムを用いて、宇宙マイクロ波背景放射の黄道面に縛られた非等方性を説明すること。
• ドップラー効果や新物理ではなく、原子水素におけるコherent光学効果に基づく統一的説明を提示すること。
• 低密度H*（励起水素）におけるコherent Raman相互作用が、天体物理学的条件下で測定可能な周波数シフトを生じさせることを示すこと。

提案手法

• 2Sまたは2P状態にある原子水素のガスにおいて、標準的スペクトロスコピーの原則を適用し、光ビーム間のコherentエネルギー移動をモデル化する。
• 周波数シフトを可能にするエネルギー交換を実現する主要な物理的プロセスとして、CREIL（コherent Raman Effects on Incoherent Light）機構を特定する。
• 熱力学的および量子力学的原則を用いて、エネルギー移動がエントロピーを増加させ、それが周波数シフトを駆動することを示す。
• 178 MHz（2S）、59 MHz（2P₁/₂）、24 MHz（2P₃/₂）の遷移が共鳴的かつ効果的である低圧水素ガスでこの効果をモデル化する。
• 3つの天体物理学的状況を分析する：5 AUを超える太陽風中を通過する電波信号、太陽のコロナ層におけるUV線スペクトル、CMBの非等方性。
• 100,000 K程度の温度で熱励起、高温源からのLyman-αポンピング、太陽風におけるプラズマ冷却によってH*が生成されると考える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5 AUを超える領域で、パイオニア10および11号の電波信号に観測される持続的ブルーシフトは、標準的な相対論的補正では説明できないが、何によって引き起こされるのか？
• RQ2 スフィクルやシフォン・フローに依存せず、ドップラー効果や相対論的補正を超えた残余周波数シフトを説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 観測されたCMBの非等方性が、宇宙論的非対称性を仮定せずに、太陽系の黄道面に縛られる仕組みは何か？
• RQ4 低密度原子水素におけるコherent Raman相互作用が、すべての3つの異常を標準物理学の枠組み内で一貫して説明可能か？
• RQ5 太陽系内で、2Sまたは2P状態にあるH*（励起水素）が形成され、電磁波の周波数シフトを測定可能にするための条件は何か？

主な発見

• 5 AUを超える領域におけるパイオニア10および11号の信号における異常な周波数シフトは、太陽風中のH*（励起水素）におけるコherent Ramanエネルギー移動によって説明され、推進系の漏れや新物理ではなく原因である。
• 従来、スフィクルやシフォン・フローによって説明されてきた太陽コロナ層におけるUV線スペクトルの残余赤方偏移は、100,000 K程度の温度で発生するH*におけるコherent Raman相互作用によって説明される。
• 黄道面に縛られたCMBの非等方性は、5 AUを超える太陽風中におけるH*の生成の方向性およびコherent散乱の方向依存性によって説明される。
• CREIL機構は、パイオニア異常における観測された残余加速度約8.6×10⁻⁸ cm/s²と一致する周波数シフトを生じる。
• プラズマ冷却やLyman-αポンピングによって生成される2Sおよび2P状態のH*は、ドップラー効果と区別できないほど、光を赤方偏移またはブルーシフトさせるコherent Raman相互作用の自然な源を提供する。
• 衝突がまれで、24–178 MHzのラマン共鳴が利用可能な低密度水素ガスにおいて、この効果は最も顕著であり、天体物理学的条件下で測定可能なシフトを生じさせる。