[論文レビュー] Test for consistence of a flyby anomaly simulation with the observed Doppler residuals for the Messenger flybys of Mercury

Hans-Juergen Busack|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2010

Planetary Science and Exploration参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、地球のスライドバイミッションで妥当性が確認された経験的スライドバイ異常モデルの整合性を、2008年の水星スライドバイでNASAのMESSENGER探査機が得たドップラー残差データに対して検証している。地球スライドバイデータから導かれた同一のパラメータを用いても、両方の水星スライドバイで観測されたドップラー残差をうまく再現できており、異常現象が実在の物理的効果を反映している可能性を示唆しているが、確認には将来的なMESSENGER軌道からの高精度重力データが必要である。

ABSTRACT

In 2007, the observed Earth flyby anomalies have been successfully simulated using an empirical formula (H. J. Busack, 2007). This simulation has led to the prediction of anomaly values, to be expected for the Rosetta flybys of Mars in 2007, and following twice of Earth in 2007 and 2009. While the data for the Mars flyby are yet under evaluation, the predictions of the formula for the last two Earth flybys of Rosetta are fully confirmed now. This is remarkable, since an alternatively proposed formula (Anderson et al., 2007) failed to predict the correct values for the recent flybys. For the Mercury flybys of the Messenger spacecraft, this alternative formula predicts a null result. In the meantime, Doppler residuals of these flybys on 14.01.2008 and 06.10.2008 are availabel. On both flybys, significant residuals were observed, using gravity data derived by Mariner 10 on Mercury (D. E. Smith et al., 2009). According to the authors, these residuals cannot be eliminated totally by adjustment of the second degree gravity coefficients and by assumption of irregular mass concentrations of acceptable value on Mercury. In this investigation, I adapt the output of the simulation program to compare with the measured Doppler residuals of the Mercury flybys without changing the formerly derived parameters for the Earth flybys. The simulation with these parameters leads to Doppler residuals of the Mercury flybys compatible with the measured curves. Additionally, the expected flyby anomalies are calculated. Since the gravity field of Mercury is not explored yet with sufficient accuracy, this result cannot be falsified or confirmed until the evaluation of the coming Mercury orbits of Messenger will be finished. If the proposed empirical formula would be confirmed then again, this would be a strong indication of an underlying physical reality.

研究の動機と目的

• 地球スライドバイで妥当性が確認された経験的スライドバイ異常モデルが、MESSENGERの水星スライドバイ中に観測されたドップラー残差を説明できるかどうかを評価すること。
• 地球スライドバイで導出された同一のモデルパラメータが、水星の重力場における観測された異常を再現できるかどうかを特定すること。
• 観測されたドップラー残差が、重力場係数や質量集中モデルの調整なしに説明可能かどうかを評価すること。
• アンドリューズら（2007年）が提唱したモデル（水星スライドバイではゼロの結果を予測）と比較して、経験的公式の頑健性を検証すること。
• シミュレーション出力と実際のデータを比較することで、スライドバイ異常現象の物理的実在性に関する証拠を提示すること。

提案手法

• 地球スライドバイ異常の妥当性が確認された過去のシミュレーションプログラムの出力を、MESSENGERの水星スライドバイにおけるドップラー残差をモデル化するために適応する。
• 地球スライドバイデータから導かれた同一の経験的公式とパラメータを、水星スライドバイに再利用し、再チューニングを行わない。
• MESSENGERの重力場データが当時十分に精度が高くなかったため、マリナー10の重力場データを用いる。
• 14.01.2008および06.10.2008のスライドバイにおける、シミュレートされたドップラー残差を観測された残差と直接比較する。
• 第二次の重力係数や水星における妥当な質量集中の調整なしに、残差がモデルで説明可能かどうかを評価する。
• 両スライドバイにわたる観測データとの整合性を確認することで、モデルの予測能力を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球スライドバイでキャリブレーションされた経験的スライドバイ異常モデルは、MESSENGERの水星スライドバイ中に観測されたドップラー残差を再現できるか？
• RQ2 地球由来のパラメータを用いても、14.01.2008および06.10.2008の水星スライドバイにおけるシミュレートドップラー残差は、測定された残差と一致するか？
• RQ3 水星における観測された異常はモデルと整合的か、それとも重力場や質量分布の追加調整が必要か？
• RQ4 モデルが水星スライドバイで成功を収めたのに対し、アンドリューズら（2007年）の公式は水星スライドバイではゼロの結果を予測しているが、これは矛盾するか？
• RQ5 地球と水星の両スライドバイでモデルが一貫性を示すことは、スライドバイ異常の背後にあるより深い物理的メカニズムの存在を示唆するか？

主な発見

• 地球スライドバイでキャリブレーションされた経験的スライドバイ異常モデルは、パラメータを調整せずに、MESSENGERの水星スライドバイの両方の事例で観測されたドップラー残差をうまく再現した。
• 地球スライドバイと同一の公式とパラメータを用いても、14.01.2008および06.10.2008のスライドバイにおけるシミュレートされた残差は、測定されたドップラー曲線と整合的である。
• モデルの水星スライドバイにおける予測は、アンドリューズら（2007年）の公式とは矛盾しており、水星スライドバイでは異常ゼロを予測している。
• 観測された残差は、第二次の重力係数の調整や水星における妥当な質量集中の仮定だけでは完全に説明できない。
• 異なる天体でのモデルの一貫性は、スライドバイ異常現象が実在の物理現象を反映している可能性を示唆しているが、確認には将来的な高精度MESSENGER重力データが必要である。
• 結果として、経験的公式の物理的関連性が強化されたが、今後の高精度軌道データによる検証が待たれる。