[논문 리뷰] 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)|2010. 03. 07.

Planetary Science and Exploration참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 이전에 지구 근처 비행에서 검증된 경험적 비행비행 이상 현상 모델의 일관성을, 2008년 메신저 우주선의 수성 비행 중의 도플러 잔차 데이터를 이용해 시험한다. 지구 비행 데이터로부터 유도된 동일한 매개변수를 사용하여, 이 모델은 두 번의 수성 비행 모두에서 관측된 도플러 잔차를 성공적으로 재현한다. 이는 이상 현상이 실제 물리적 효과일 수 있음을 시사하지만, 향후 메신저 우주선의 고정밀 중력 데이터 확보가 확인을 기다리고 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 이전에 지구 비행에서 검증된 경험적 비행비행 이상 현상 모델이, 메신저 우주선의 수성 비행 중 관측된 도플러 잔차를 설명할 수 있는지 평가하는 것.
• 지구 비행에서 유도된 동일한 모델 매개변수로 수성 중력장에서 관측된 이상 현상을 재현할 수 있는지 확인하는 것.
• 관측된 도플러 잔차가 중력장 계수나 질량 농도 모델의 조정 없이도 설명 가능한지 평가하는 것.
• 애너드슨 등(2007)이 제안한 모델과 같은 대안 모델에 대해 경험 공식의 강인성을 시험하는 것. 이 모델은 수성 비행에서 결과가 0일 것으로 예측한다.
• 모의 시뮬레이션 결과와 실제 데이터를 비교하여 비행비행 이상 현상의 물리적 실재성 여부를 입증하거나 반증하는 것.

제안 방법

• 이전에 검증된 지구 비행 이상 현상 시뮬레이션 프로그램의 출력을 수정하여, 메신저 우주선의 수성 비행 도플러 잔차를 모델링하는 데 사용한다.
• 지구 비행 데이터로부터 유도된 동일한 경험 공식과 매개변수를 사용하며, 수성 비행에 대해 재조정하지 않는다.
• 메신저 우주선의 중력장 데이터가 충분히 정밀하지 않았던 당시의 상황을 감안해, 마이너 10 호의 중력장 데이터를 적용한다.
• 14.01.2008 및 06.10.2008 비행에서의 시뮬레이션 도플러 잔차를 실제 관측 잔차와 직접 비교한다.
• 두 번째 차수 중력계수나 수성 표면의 타당한 질량 농도에 대한 조정 없이도 잔차가 모델에 의해 설명 가능한지 평가한다.
• 두 비행 모두에서 관측 데이터와의 일관성을 점검함으로써, 모델의 예측 능력을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지구 비행에서 校정된 경험적 비행비행 이상 현상 모델이, 메신저 우주선의 수성 비행 중 관측된 도플러 잔차를 재현할 수 있는가?
• RQ2 지구에서 유도된 매개변수를 사용할 때, 시뮬레이션된 도플러 잔차가 14.01.2008 및 06.10.2008 수성 비행에서 측정된 잔차와 일치하는가?
• RQ3 수성에서 관측된 이상 현상은 모델과 일치하는가, 아니면 중력장 또는 질량 분포에 대한 추가 조정이 필요한가?
• RQ4 모델이 수성 비행에서 성공을 거두었을 경우, 이는 애너드슨 등(2007)의 공식과 모순되는가? 이 공식은 수성 비행에서 결과가 0일 것으로 예측한다.
• RQ5 지구와 수성 비행 모두에서 모델의 일관성은 비행비행 이상 현상의 배경에 있는 더 깊은 물리적 메커니즘을 시사할 수 있는가?

주요 결과

• 지구 비행에서 校정된 경험적 비행비행 이상 현상 모델은 매개변수 조정 없이도 두 번의 메신저 수성 비행 모두에서 관측된 도플러 잔차를 성공적으로 재현한다.
• 지구 비행과 동일한 공식과 매개변수를 사용하여, 14.01.2008 및 06.10.2008 비행의 시뮬레이션 잔차는 측정된 도플러 곡선과 호환된다.
• 이 모델의 예측은 애너드슨 등(2007)의 공식과 불일치한다. 이 공식은 수성 비행에서 이상 현상이 0일 것으로 예측한다.
• 관측된 잔차는 두 번째 차수 중력계수 조정이나 수성 표면의 타당한 질량 농도로는 완전히 설명될 수 없다.
• 다른 천체에서의 모델 일관성은 비행비행 이상 현상이 실제 물리 현상일 수 있음을 시사하지만, 향후 고정밀 메신저 우주선의 중력 데이터 확보가 확인을 기다리고 있다.
• 결과는 경험 공식의 물리적 관련성을 강화하며, 향후 고정밀 궤도 데이터의 검증을 기다리고 있다.