[論文レビュー] Can the flyby anomalies be explained by a modification of inertia?

M. E. McCulloch|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2007

Tactile and Sensory Interactions参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、惑星重力スイングバイ中に観測された数mm/sの未解明の速度増加（飛行機飛行異常）が、ハッブルスケールのカシミール効果に基づく修正インertia（MiHsC）によって説明可能であると提唱している。この理論では、銀河中心に対する加速度が0に近づくと、慣性質量が減少する。モデルは、ガリレオ、ネアール、カッシーニ、ロゼッタの飛行機飛行で、地球に向かう速度ジャンプを2.6–1.9 mm/sの範囲で予測し、ネアールを除き観測値と一致するが、ハッブル定数の狭い範囲に強く依存している。

ABSTRACT

The flyby anomalies are unexplained velocity increases of 3.9, 13.5, 0.1 and 1.8 mm/s observed near closest approach during the Earth flybys of the Galileo, NEAR, Cassini and Rosetta spacecraft. Here, these flybys are modelled using a theory that assumes that inertia is caused by a form of Unruh radiation, modified by a Hubble-scale Casimir effect. This theory predicts that when the craft's accelerations relative to the galactic centre approached zero near closest approach, their inertial masses reduced for about 10^-7 s causing Earthward jumps of 2.6, 1.2, 1.4 and 1.9 mm/s respectively, and, to conserve angular momentum, increases in orbital velocity of a few mm/s that, except NEAR's, were quite close to those observed. However, these results were extremely sensitive to the Hubble constant used. As an experimental test of these ideas, it is proposed that metamaterials could be used to bend Unruh radiation around objects, possibly reducing their inertial mass.

研究の動機と目的

• ガリレオ、ネアール、カッシーニ、ロゼッタの地球スイングバイで観測された未解明の数mm/sの速度増加を説明すること。
• ユニル・放射とハッブルスケールのカシミール効果に基づくインertiaの修正が、これらの異常を説明できるかどうかを検証すること。
• モデルの予測がハッブル定数の値にどの程度敏感であるかを評価すること。
• メタマテリアルを用いてユニル・放射を操作し、有効な慣性質量の低下を検出できる実験的検証を提案すること。

提案手法

• ニュートン力学とMiHsC式 $ m_I = m_g \left(1 - \frac{\beta \pi^2 c^2}{a \Theta} \right) $ を用いて宇宙船のスイングバイをモデリングし、ここで $ \Theta = 2c/H $ である。
• 各スイングバイの軌道を再構築するために、1分解像度のJPL Horizonsエフェマリスデータを用いる。
• 銀河中心に対する加速度が0に近づく期間における慣性質量の低下を計算する。
• 一時的な慣性質量の低下中における角運動量保存に基づき、地球に向かう速度ジャンプを予測する。
• 最近接接近に比して、質量損失イベントの持続時間とタイミングを評価する。
• メタマテリアルを用いてユニル・放射を曲げ、有効な慣性質量の低下を実験的に実現する可能性を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MiHsCモデルは、ガリレオ、ネアール、カッシーニ、ロゼッタのスイングバイで観測された速度ジャンプを説明できるか？
• RQ2 MiHsCの予測はハッブル定数の値にどの程度敏感か？
• RQ3 なぜ、インertia質量の大幅な低下にもかかわらず、モデルはネアールの大きな異常（13.46 mm/s）を予測できないのか？
• RQ4 スイングバイ中の一時的な慣性質量の低下は、メタマテリアルを用いて実験的に検証可能か？
• RQ5 最近接接近に比して、慣性質量の低下タイミングが観測可能な制約と整合しているか？

主な発見

• MiHsCモデルは、ガリレオで2.6 mm/s、ネアールで1.2 mm/s、カッシーニで1.4 mm/s、ロゼッタで1.9 mm/sの地球に向かう速度ジャンプを予測し、ガリレオとロゼッタでは観測値と誤差の範囲で一致する。
• ネアールの予測ジャンプ（1.2 mm/s）は、観測された13.46 mm/sとは著しく小さいため、このミッションではモデルが失敗していると示唆される。
• モデルの予測はハッブル定数に極めて敏感である：$ H \geq 2.34 \times 10^{-18} \, \text{s}^{-1} $ の場合、予測ジャンプは負数となり、有効なHの範囲が制限される。
• 質量低下イベントの持続時間はネアールで最も短く（0.6 × 10⁻⁷ s）、しかし質量低下は最も著しく（730 kgから0.6 kgに）、高エネルギーの一時的効果を示唆する。
• ネアールでは最近接接近の2分前に質量損失イベントが発生したが、他のミッションでは最近接接近の12–9分後に発生した。しかし、通信途切れのため、タイミングの直接的検証は不可能である。
• モデルは、メタマテリアルを用いてより小さなカシミール境界を設計することで、ユニル・放射を操作し、慣性質量の低下を実験的に検出可能であると示唆している。