[논문 리뷰] Can the Pioneer anomaly be of gravitational origin

Lorenzo Iorio|arXiv (Cornell University)|2006. 10. 10.

Computational Physics and Python Applications인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 태양계 외부 탐사선에서 관측된 설명되지 않은 내향성 가속도인 파이오니어 이면현상이 중력 기원일 수 있는지를 검토하기 위해 복합성 궤도에 미치는 영향을 분석한다. 최신의 복합성 근점 이동 및 바이저너 2의 우르세우스와 해왕성 근처 유도 데이터를 사용하여, 중력 메커니즘에 대한 증거는 발견되지 않았으며, 현재의 관측 제약 조건 내에서 이러한 설명은 배제된다.

ABSTRACT

In order to satisfy the equivalence principle, any mechanism proposed to gravitationally explain the Pioneer anomaly, in the form in which it is presently known from the so-far analyzed Pioneer 10/11 data, cannot leave out of consideration its impact on the motion of the planets of the Solar System as well. In this paper we, first, use the latest determinations of the secular perihelion advances of some planets in order to put on the test two gravitational mechanisms recently proposed to accommodate the Pioneer anomaly based on two interesting models of modified gravity. Second, we use to radio-technical ranging data to Voyager 2 when it encountered Uranus and Neptune to perform a further, independent test of the hypothesis that a Pioneerlike acceleration can also affect the motion of the planets, at least in the regions in which the Pioneer anomaly manifested itself according to our present-day knowledge of it. As in the case of previous tests based on the use of the directly observable planetary right ascension and declination, the obtained answer is negative.

연구 동기 및 목표

• 파이오니어 이면현상을 설명하기 위해 제안된 중력 메커니즘이 동시에 내행성 궤도 역학을 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 최근의 복합성 궤도 이동 측정치와 일치하는 두 가지 수정된 중력 모델의 일관성을 시험하기 위해.
• 바이저너 2의 우르세우스와 해왕성 유도 동안의 레이더 추적 데이터를 사용하여 행성 운동에 영향을 주는 파이오니어 유사 가속도를 독립적으로 시험하기 위해.
• 등가원리와 태양계 천체 운동의 제약 조건 하에서 파이오니어 이면현상의 중력 기원이 타당한지 평가하기 위해.
• 해당 이면현상 가속도가 관측된 영역에서 행성 궤도에 영향을 줄 수 있는지 직접 관측적 시험을 제공하기 위해.

제안 방법

• 파이오니어 이면현상을 설명하기 위해 제안된 두 가지 수정된 중력 모델을 제약하기 위해 선택된 행성들의 최신 복합성 궤도 이동 측정치를 활용하였다.
• 등가원리를 기본 조건으로 삼아, 어떤 중력 메커니즘도 반드시 행성 궤도에 영향을 주어야 한다는 점을 확보하였다.
• 파이오니어 유사 가속도가 행성 궤도에 영향을 줄 수 있는지 탐지하기 위해 바이저너 2의 우르세우스와 해왕성 유도 시 레이더 기반 정위치 데이터를 분석하였다.
• 제안된 중력 모델이 예측하는 궤도 교란을 관측된 행성 운동과 비교하여 일관성 여부를 평가하였다.
• 행성 데이터에서 감지 가능한 이면현상이 없음을 근거로 제안된 모델을 기각하거나 제약 조건을 설정하였다.
• 행성의 천경과 천위 데이터를 일관성 기준으로 삼아, 바이저너 2의 새로운 독립적 데이터까지 확장하여 시험을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파이오니어 이면현상을 설명하기 위해 제안된 수정된 중력 모델이 내행성의 관측된 복합성 궤도 이동을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 행성 궤도에서의 이면현상 가속도 부재는 파이오니어 이면현상의 중력 기원을 배제하는가?
• RQ3 바이저너 2의 우르세우스와 해왕성 유도 중 레이더 정위치 데이터로 파이오니어 유사 가속도가 행성 운동에 영향을 줄 수 있는지 탐지할 수 있는가?
• RQ4 등가원리와 일치하는 조건에서 중력 메커니즘이 행성 궤도에 영향을 주지 않고도 파이오니어 이면현상을 유도할 수 있는가?
• RQ5 행성 데이터와 태양계 외부 탐사선 추적 데이터의 병합 제약 조건이 통일된 이면현상 가속도 존재 여부를 지지하는가, 아니면 반박하는가?

주요 결과

• 최근의 복합성 궤도 이동 측정치는 파이오니어 이면현상을 설명하기 위해 제안된 두 가지 수정된 중력 모델을 지지하지 않는다.
• 바이저너 2의 우르세우스와 해왕성 유도 시 레이더 정위치 데이터는 행성 운동에 영향을 주는 파이오니어 유사 가속도의 증거를 보이지 않는다.
• 행성 궤도 데이터와 태양계 외부 추적 데이터 양쪽에서 감지 가능한 이면현상이 없음을 고려할 때, 파이오니어 이면현상의 중력 기원에 대한 부정적 결론이 도출된다.
• 이전의 행성 천경과 천위 데이터 기반 시험 결과와 일관되며, null 결과의 강건성을 강화한다.
• 현재의 관측 데이터로는 등가원리와 파이오니어 이면현상을 동시에 만족시키는 타당한 중력 메커니즘은 발견되지 않는다.
• 본 연구는 파이오니어 이면현상이 현재 제약 조건 하에서 행성 궤도에 영향을 주는 중력 효과로 설명될 수 없다고 결론을 내린다.