[論文レビュー] Can the Pioneer anomaly be of gravitational origin

Lorenzo Iorio|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2006

Computational Physics and Python Applications被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、深宇宙探査機で観測された説明のつかない太陽方向の加速度（パイオニア異常）が重力的起源である可能性を、惑星の公軌道への予測される影響を検討することで検証する。更新された惑星の近日点進動とボイジャー2号の Uranus および Neptune への接近時の電波測距データを用いた分析により、重力的メカニズムの裏付けとなる証拠は得られず、現在の観測的制約のもとではこのような説明は排除される。

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.

研究の動機と目的

• パイオニア異常を説明するために提案された重力的メカニズムが、同時に惑星の公軌道力学を説明できるかどうかを評価すること。
• 最近の惑星の長期的近日点進動測定値と照らし合わせて、2つの修正重力モデルの整合性を検証すること。
• ボイジャー2号が Uranus および Neptune に接近した際の電波追跡データを、惑星運動に影響を及ぼすパイオニア型の加速度を独立して検証する試みとして用いること。
• 等価原理と太陽系の力学的制約のもとで、パイオニア異常の重力的起源が妥当かどうかを評価すること。
• このような異常加速度が、パイオニア異常が観測された領域における惑星の軌道に影響を及ぼすかどうかを直接観測的に検証すること。

提案手法

• パイオニア異常を説明するために提案された2つの修正重力モデルを制約するため、特定の惑星の長期的近日点進動の最新の決定値を用いた。
• 等価原理を基本的要件として採用し、いかなる重力的メカニズムも同時に惑星の軌道に影響を及ぼさなければならないことを保証した。
• Uranus および Neptune への接近時にボイジャー2号が得た電波測距データを分析し、惑星の軌道に影響を及ぼすパイオニア型の加速度の兆候を検出することを試みた。
• 提案された重力モデルが予測する軌道摂動を観測された惑星の運動と比較し、整合性を評価した。
• 惑星データに顕著な異常がないことを利用して、提案されたモデルを拒否または制約した。
• 惑星の赤経および赤緯データを一貫性の基準として扱い、ボイジャー2号からの新たな独立したデータにテストを拡張した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パイオニア異常を説明する修正重力モデルが、内惑星の観測された長期的近日点進動を同時に説明できるか？
• RQ2 惑星の軌道に異常加速度が認められないことは、パイオニア異常の重力的起源を排除することを意味するか？
• RQ3 ボイジャー2号が Uranus および Neptune に接近した際の電波測距データは、惑星運動に影響を及ぼすパイオニア型の加速度を検出できるか？
• RQ4 等価原理と整合的であるために、重力的メカニズムがパイオニア異常を生じさせつつも、惑星の軌道に影響を及ぼさないことは可能か？
• RQ5 惑星データと深宇宙探査機の追跡データの両方からの制約を統合すると、普遍的な異常加速度の存在は支持されるか、あるいは矛盾するか？

主な発見

• 惑星の長期的近日点進動の最新測定値は、パイオニア異常を説明するために提案された2つの修正重力モデルを支持しない。
• ボイジャー2号が Uranus および Neptune に接近した際の電波測距データには、惑星運動に影響を及ぼすパイオニア型の加速度の兆候は認められなかった。
• 惑星の軌道データおよび深宇宙追跡データの両方において顕著な異常がないことから、パイオニア異常の重力的起源について否定的な結論が導かれる。
• 惑星の赤経および赤緯に基づいた以前のテストと整合的であり、このゼロ結果の信頼性が強化された。
• 等価原理を満たし、かつパイオニア異常を説明できるような現実的な重力的メカニズムは、現在の観測データからは支持されていない。
• 本研究は、パイオニア異常は現在の制約のもとでは、惑星の軌道に影響を及ぼす重力的効果によっては説明できないと結論づける。