[論文レビュー] Resolving Spacecraft Earth-Flyby Anomalies with Measured Light Speed Anisotropy

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Mar 31, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、新物理ではなく動的3次元空間に対する光速度の非等方性に起因する、未解明の宇宙船の地球スライドバイ異常を解消する。光速度の非等方性を測定済みのものに合わせてドップラー周波数シフトの解析を修正することで（11回の実験で事前に検出済み）、異常は消え、代わりに一貫した速度と、3次元空間の乱流である、新たな低周波数重力波の証拠が明らかになる。

ABSTRACT

Doppler shift observations of spacecraft, such as Galileo, NEAR, Cassini, Rosetta and MESSENGER in earth flybys, have all revealed unexplained speed `anomalies' - that the doppler-shift determined speeds are inconsistent with expected speeds. Here it is shown that these speed anomalies are not real and are actually the result of using an incorrect relationship between the observed doppler shift and the speed of the spacecraft - a relationship based on the assumption that the speed of light is isotropic in all frames, i.e. invariant. Taking account of the repeatedly measured light-speed anisotropy the anomalies are resolved. The Pioneer 10/11 anomalies are discussed, but not resolved. The spacecraft observations demonstrate again that the speed of light is not invariant, and is isotropic only with respect to a dynamical 3-space. The existing doppler shift data also offers a resource to characterise a new form of gravitational waves, the dynamical 3-space turbulence, that has also been detected by other techniques.

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、メッセンジャーなどの宇宙船の地球スライドバイにおける、長年にわたる未解明のドップラー周波数シフト異常を解消すること。
• ドップラー周波数シフト解析に内在する光速度不変の仮定を疑問視し、それが一時的に顕在化する異常を生じさせるとする仮定を覆すこと。
• 異常は、アインシュタインの時空形式に基づく誤ったドップラー速度関係を用いたことによって生じており、それが根本的原因であることを示すこと。
• 異常は、実験的に確認済みの光速度の非等方性を、動的3次元空間に対する相対的ものとして解釈することで、新たな物理的現象としての光速度非等方性の直接的証拠であることを示すこと。
• スライドバイデータを用いて、従来の一般相対性理論とは異なる、3次元空間の乱流という新たな重力波の形式を同定できる可能性を提唱すること。

提案手法

• ドップラー周波数シフトデータを、動的3次元空間に対する光速度の非等方性を考慮した修正ドップラー式を用いて再解釈する。
• 光速度がすべての参照系で等方的であると仮定する標準のアインシュタイン形式に基づく式（式1）ではなく、修正された関係式（式1）を適用する。
• ガスモードのミケルソン干渉計、同軸ケーブルRF速度測定、光ファイバー干渉計など、既存の実験で測定された3次元空間の速度（約420 km/s）を入力として、スライドバイ異常を解消する。
• スライドバイの漸近的双曲軌道データを分析し、3次元空間速度の変動を検出し、サブミリヘルツの重力波的活動を示す。
• ドップラー周波数シフトの結果と、光速度非等方性の実験的測定結果を照合し、独立した手法間の整合性を検証する。
• 誤ったドップラー式に基づく速度推定が原因で生じる可能性のある、パイオニア10/11の異常加速度を再分析することで、その原因が誤った速度推定に起因する可能性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ地球スライドバイ中の宇宙船のドップラー周波数シフト測定値が、予測とは一貫しない漸近的スピードを示すのか？
• RQ2 観測されたスライドバイ異常は、物理的現象としての真の効果なのか、誤ったドップラー周波数シフト解釈に起因するアーティファクトなのか？
• RQ3 スライドバイデータを用いて、既存の実験と整合する光速度の非等方性を測定できるか？
• RQ4 スライドバイデータは、動的3次元空間およびその関連する乱流の存在をどのように示すか？
• RQ5 光速度不変の根本的仮定を再評価することで、新たな力の導入なしにスライドバイ異常を説明できるか？

主な発見

• 地球スライドバイ異常は、動的3次元空間に対する光速度の非等方性を考慮したドップラー周波数シフト-速度関係の修正によって解消され、新たな力の導入は不要となる。
• スライドバイデータから導かれる3次元空間の速度は約420 km/sであり、既存の実験的測定結果と整合的である。
• ネアールスライドバイでは、少なくとも440 km/sの3次元空間速度を要するため、3次元空間速度の局所的変動が示唆されるが、他のスライドバイでは平均の420 km/sと一致する。
• データから、サブミリヘルツの重力波的特徴を示す3次元空間の乱流が明らかになり、ミケルソン＝モーリー、ミラー、トール＝コーレン、カヒルの実験で観測されたものと整合的である。
• パイオニア10/11の異常加速度（8.74×10⁻⁸ cm/s²）は、同じ誤ったドップラー式に基づく速度推定の誤りに起因する可能性があるが、修正によっても完全に説明できるとは限らない。
• スライドバイは3次元空間波乱流の天然検出器として機能し、一般相対性理論の予測とは異なる方法で重力波を特徴づける新たな手法を提供する。