[논문 리뷰] The Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration of Pioneer 10 and 11

Slava G. Turyshev, J. D. Anderson외 4명|arXiv (Cornell University)|1999. 03. 06.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 1987년부터 1998년까지의 파이오니어 10호 및 11호의 도플러 및 거리 측정 데이터를 바탕으로 태양으로 향하는 약 7.5 × 10⁻⁸ cm/s² 크기의 명백한 이질적인 일정 가속도에 대한 증거를 제시한다. 이 가속도는 태양계의 천체 운동과는 무관하다. 저자들은 딥 스페이스 네트워크의 시스템적 오차를 배제하고, 열 반사력이 원인일 가능성에 대해 철저히 평가하며, 1999년 기준으로는 전통적인 물리학으로는 설명되지 않는 이 anomaly가 그대로 남아 있음을 결론 내린다.

ABSTRACT

Recently we reported that radio Doppler data generated by NASA's Deep Space Network (DSN) from the Pioneer 10 and 11 spacecraft indicate an apparent anomalous, constant, spacecraft acceleration with a magnitude $\sim 8.5 imes 10^{-8}$ cm s$^{-2}$, directed towards the Sun (gr-qc/9808081). Analysis of similar Doppler and ranging data from the Galileo and Ulysses spacecraft yielded ambiguous results for the anomalous acceleration, but it was useful in that it ruled out the possibility of a systematic error in the DSN Doppler system that could easily have been mistaken as a spacecraft acceleration. Here we present some new results, including a critique suggestions that the anomalous acceleration could be caused by collimated thermal emission. Based partially on a further data for the Pioneer 10 orbit determination, the data now spans January 1987 to July 1998, our best estimate of the average Pioneer 10 acceleration directed towards the Sun is $\sim 7.5 imes 10^{-8}$ cm s$^{-2}$.

연구 동기 및 목표

• 파이오니어 10호 및 11호 궤도에서 관측된 설명할 수 없는 일정한 가속도의 기원을 조사하기 위해.
• 이상현상의 원인이 딥 스페이스 네트워크의 도플러 추적 시스템에서 기인하는 시스템적 오차일 수 있음을 배제하기 위해.
• 우주선의 방향성 있는 열복사가 관측된 가속도를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 1987년 1월부터 1998년 7월까지의 연장된 데이터를 사용하여 이질적 가속도의 추정치를 보다 정밀하게 다듬기 위해.
• 이상현상이 알려진 물리학과 일치하는지, 아니면 새로운 물리학을 시사하는지 판단하기 위해.

제안 방법

• 1987년부터 1998년까지 나사의 딥 스페이스 네트워크에서 수집한 파이오니어 10호 및 11호의 라디오 도플러 및 거리 측정 데이터 분석.
• 태양 복사압력과 행성 간섭을 포함한 종합적인 역학 모델을 사용한 궤도 결정.
• 파이오니어 10호 및 11호의 이질적 가속도 신호를 갈릴레오 및 유리시스 임무의 데이터와 비교하여 기구 오차 유도의 편향 여부를 검증.
• 핵분열열전기발전기(RTGs)와 우주선 구조물의 열복사 모델링을 통해 열 반사력의 영향 평가.
• 잔차 도플러 잔차에서 이질적 가속도의 크기와 방향을 추정하기 위해 통계적 접근법 사용.
• 수정 뉴턴역학 모델을 적용하여 이상현상이 수정 중력으로 설명될 수 있는지 테스트.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 이질적 가속도가 여러 태양계 외부 임무에서 일관되게 나타나는가?
• RQ2 이상현상이 딥 스페이스 네트워크의 도플러 추적 시스템의 시스템적 오류로 기인할 수 있는가?
• RQ3 우주선의 RTGs에서 발생하는 열 반사력이 관측된 가속도의 어느 정도를 설명할 수 있는가?
• RQ4 이상적 가속도의 크기와 방향이 시간이 지남에 따라 그리고 다양한 우주선 간에 일관되는가?
• RQ5 이 이상현상은 표준 중력 물리학의 붕괴를 시사하는가, 아니면 새로운 이론적 프레임워크가 필요한가?

주요 결과

• 1987년 1월부터 1998년 7월까지의 데이터를 바탕으로 파이오니어 10호에 대한 이질적 태양 쪽 가속도의 최적 추정치는 7.5 × 10⁻⁸ cm/s²이다.
• 이상현상은 파이오니어 10호와 11호 사이에서 방향과 크기 모두 일관되므로, 공통된 기원이 있을 가능성이 높으며 기구 오차는 아님을 시사한다.
• 갈릴레오 및 유리시스 임무의 데이터에서는 유사한 가속도가 관측되지 않아, DSN 전체 시스템 오류의 가능성을 배제하는 데 기여한다.
• 열 반사력은 관측된 가속도의 전체 크기를 설명하기에는 부족했지만, 신호에 상당한 기여를 했다.
• 이상현상은 전통적인 물리학으로는 설명되지 않으며, 추적 시스템의 시스템적 오류에 대한 증거도 발견되지 않았다.
• 여러 해 동안 및 여러 우주선 간에 일관된 신호는 이상현상이 물리적 효과로서 실재함을 뒷받침한다.