[논문 리뷰] Are Flyby Anomalies an ASTG Phenomenon?

Golden Gadzirayi Nyambuya|arXiv (Cornell University)|2008. 03. 10.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 태양계 탐사 미션에서 관측된 비정상적인 궤도 유도 비행 시 비정상적인 인지된 초과 속도 증가 현상인 '비행 유도 이상현상'이 Azimuthally Symmetric Theory of Gravitation (ASTG)에 의해 예측된 축대칭 중력장 때문이라고 제안한다. 지구의 자전과 관련된 축대칭 항을 포함한 포아송 방정식을 풀어, ASTG는 Anderson 등(2008)의 경험적 공식을 재현하며, 이상현상의 물리적 기반을 제공하고 비뉴턴적이고 자전에 의존하는 중력 효과를 시사한다.

ABSTRACT

This reading expounds with expediency on the recently proposed Azimuthally Symmetric Theory of Gravitation (ASTG) set-up earlier. At its inspection, it was demonstrated that the ASTG is capable (among others solar anomalies) of explaining the precession of the perihelion of solar planets. In the present, we show that the ASTG is capable of explaining the puzzling observations of flyby anomalies, i.e. the anomalous asymptotic speed increases of the osculating hyperbolic speed excess. It is shown that these flyby anomalies occur naturally in the ASTG. We derive the empirical formula proposed by Anderson et al. in 2008, which up to now has no physical or foundational basis except that experience suggest it. If the ASTG model is correct, then for the first time the Anderson et al. formula is given a physical meaning.

연구 동기 및 목표

• 깊은 우주 임무에서 관측된 설명되지 않은 비행 유도 이상현상에 대해 물리적 설명을 제공하는 것.
• Azimuthally Symmetric Theory of Gravitation (ASTG)가 지구 유도 비행 중 비정상적인 속도 증가를 설명할 수 있는지 테스트하는 것.
• 고전적 중력 이론 프레임워크 내에서 Anderson 등(2008)의 경험적 공식을 제1원리로부터 유도하는 것.
• 이상현상이 ASTG의 축대칭 중력 포텐셜을 통해 지구의 자전과 연관되어 있음을 보여주는 것.
• 자전하는 천체의 중력장이 표준 뉴턴역학 및 일반 상대성이론 모델에서 고려하지 않는 바깥 방향 성분을 가질 수 있음을 시사하는 것.

제안 방법

• 지구의 자전과 관련된 축대칭 항을 포함한 포아송 방정식을 풀어 자전하는 천체에 대한 수정된 중력 포텐셜을 유도하는 것.
• 지구의 각속도와 반지름에 비례하는 새로운 중력 포텐셜 항을 도입하며, λ₁⊕로 매개변수화한다.
• 유도된 포텐셜을 사용해 비행 우주선의 쌍곡선 궤도를 모델링하고 초과 속도 변화를 계산하는 것.
• ASTG 포텐셜을 사용해 Anderson 등(2008)의 경험적 공식을 재현하며, 이는 입사 및 탈출 궤도 벡터의余弦 차이와 속도 이상현상 간의 관계를 설명한다.
• 관측된 비행 유도 데이터(Galileo, NEAR, Cassini, Rosetta)에 모델을 적합시켜 효과적인 λ₁⊕ 매개변수를 도출하는 것.
• 이상치 데이터 포인트(예: Galileo II)를 제외하여 일관성을 향상시키고 평균 λ₁⊕ 값과 표준편차를 도출하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ASTG는 새로운 물리학이나 모델링되지 않은 체계적 오차 없이 관측된 비행 유도 이상현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 Anderson 등(2008)의 경험적 공식은 수정된 중력 포텐셜에 물리적 기반을 가질 수 있는가?
• RQ3 비행 유도 이상현상은 경험적 공식의 각도 의존성에 따라 지구의 자전과 관련이 있는가?
• RQ4 ASTG는 지구의 자전과 궤도 기하학 뿐만으로도 관측된 속도 이상현상을 재현할 수 있는가?
• RQ5 ASTG에서 축대칭 중력장의 물리적 기원은 무엇이며, 표준 뉴턴 중력과 어떻게 다를까?

주요 결과

• ASTG 모델은 Anderson 등(2008)의 비행 유도 이상현상 경험적 공식을 성공적으로 재현하며, 관측된 속도 증가에 물리적 기반을 제공한다.
• 이상치인 Galileo II 결과를 제외한 비행 데이터에 모델을 적합시켜 도출한 지구의 λ₁⊕ 값은 2000 ± 800이다.
• 모델은 지구 자전과 연결된 축대칭 중력 포텐셜에 기인한 비정상적인 초과 속도 증가 현상을 설명한다.
• 모델에 right ascension(αᵢ, αₒ)과 perigee distance(R_min)를 포함시킴으로써 원래의 이중 매개변수 경험적 공식을 초월한 예측 능력을 향상시켰다.
• Rosetta의 2009년 비행에서 이상현상가 없었음(0.004 ± 0.044 mm/s)은 해당 기하학에서 예측값이 거의 0이었기 때문에 모델 예측과 일치한다.
• ASTG는 비뉴턴적이며 상대론적이지 않은 설명을 제공하며, 자전하는 천체의 중력장이 표준 이론에서 고려하지 않는 축대칭 성분을 가질 수 있음을 시사한다.