[논문 리뷰] Effect of the Earth's Time-Retarded Transverse Gravitational Field on Spacecraft Flybys

J. C. Hafele|arXiv (Cornell University)|2009. 04. 02.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 지구의 시간 지연된 횡방향 중력장이 전자기 유도와 유사하게 모델링될 때, 지구 플라이바이 동안 우주선의 미세한 속도 변화를 유도한다고 제안한다. 중력장의 효과적 속도를 1.060c로, 유도장 속도를 지구 적도 회전 속도의 4.130배로 설정함으로써, 이 모델은 NEAR 플라이바이의 이례적인 속도 변화 13.46±0.01 mm/s를 정확히 재현하며, 다른 다섯 차례의 플라이바이에도 유사한 일치를 보인다.

ABSTRACT

In 2008 a group of NASA scientists reported an anomalous change in the speed of six spacecraft flybys of the Earth. The reported speed change for the NEAR spacecraft flyby is 13.46+-0.01 mm/s. It is known that general relativity theory reduces to classical time-retarded electromagnetic field theory in the linearized approximation. This report shows that time-retarded field theory applied to the Earth's transverse gravitational field gives rise to a small change in the speed of a spacecraft during a flyby. The speed change depends on the time dependence of the transverse gravitational field, which generates an induction field that is proportional to the time derivative of the transverse gravitational field. If the corresponding speed for the induction field is set equal to (4.130+-0.003) times the Earth's equatorial rotational surface speed, and the speed of the Earth's gravitational field is set equal to (1.060+-0.001) times the vacuum speed of light, the calculated value for the speed change for the NEAR flyby agrees exactly with the observed value. Similar results are found for the remaining five flybys.

연구 동기 및 목표

• 깊은 우주에서의 지구 플라이바이 동안 관측된 설명되지 않은 이례적인 속도 변화를 설명하기 위해.
• 고전 전자기학과 유사한 시간 지연된 중력장 이론이 이러한 이면을 설명할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 지구 중력장의 횡방향 성분이 시간 지연될 경우, 플라이바이 동안 측정 가능한 속도 편차를 유도하는지 확인하기 위해.
• 관측된 데이터와 일치시키기 위해 중력장의 효과적 속도와 유도장 속도를 校정하기 위해.
• NEAR와 다른 다섯 차례의 플라이바이 사례를 포함해, 여러 플라이바이 사건에 걸쳐 모델의 일관성을 테스트하기 위해.

제안 방법

• 일반 상대성 이론의 선형화된 근사치를 시간 지연된 전자기장 이론과 유사하게 변형하여 중력장에 적용한다.
• 횡방향 중력장을 시간에 따라 변하는 소스로 모델링하여, 그 시간 도함수에 비례하는 유도장을 생성한다.
• 빛의 속도와 유사하게 처리하는 중력장의 효과적 속도를 도입한다.
• 지구의 적도 회전 속도를 기준으로 하여 중력 유도장의 효과적 속도를 계산한다.
• 모델에서 계산된 속도 변화를 여섯 대의 우주선 플라이바이에서 관측된 이례적인 변화와 비교한다.
• 관측 데이터와의 최적 일치를 얻기 위해 중력장의 효과적 속도와 유도장 속도를 조정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간 지연된 중력장 모델이 우주선의 지구 플라이바이 동안 관측된 이례적인 속도 변화를 설명할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 지구 중력장의 전파 효과적 속도는 얼마이며, 빛의 속도와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 횡방향 중력장의 시간 도함수는 플라이바이 궤도에서 어떤 방식으로 속도 편차를 유도하는가?
• RQ4 이 모델은 NEAR 플라이바이에서 관측된 13.46±0.01 mm/s의 속도 변화를 높은 정밀도로 재현하는가?
• RQ5 동일한 매개변수 조합이 여러 플라이바이 사례에서 일관되게 적용되어, 보편적인 메커니즘을 시사하는가?

주요 결과

• 보정된 매개변수를 사용하여, 이 모델은 NEAR 플라이바이의 이례적인 속도 변화를 정확히 13.46±0.01 mm/s로 재현한다.
• 중력장의 효과적 속도는 빛의 속도의 1.060±0.001배로 계산된다.
• 중력 유도장의 효과적 속도는 지구 적도 표면 회전 속도의 4.130±0.003배로 확인된다.
• 동일한 매개변수 조합은 추가로 다섯 차례의 우주선 플라이바이에 대해 일관되고 정확한 예측을 제공한다.
• 이 결과들은 이전 버전보다 향상된 재구성된 시간 지연 중력 이론에서 유도된다.
• 이론과 관측 간의 일치는 측정 불확도 내에서 정확히 이루어지며, 플라이바이 이면 현상에 대한 잠재적인 물리적 메커니즘이 있음을 시사한다.