[論文レビュー] Effect of the Earth's Time-Retarded Gravitational Field on Spacecraft Flybys

J. C. Hafele|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、地球のスラスターフライバイにおいて観測された異常なドップラーシフト—特にNEARの13.46±0.01 mm/sの変化—が、時間遅れの重力場効果に起因すると提案している。この効果では、地球の横方向重力場がその時間微分に比例する速度変化を引き起こす。重力場の伝播速度を光速の1.060±0.001倍、誘導場の速度を地球の赤道回転速度の4.130±0.003倍に設定した場合、モデルは観測された速度変化を正確に再現する。

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.

研究の動機と目的

• 太陽系内を航行する宇宙船の6回の地球フライバイにおける未解明のドップラーシフト異常を説明すること。特にNEARの13.46±0.01 mm/sの速度変化を含む。
• 一般相対性理論の線形化近似（時間遅れの電磁気理論に相当）が、観測された重力異常を説明できるかどうかを検討すること。
• 時間遅れの重力場モデルが、横方向重力場の時間微分に基づくものである場合、フライバイ中に測定可能な速度変化を生じるかどうかを検証すること。
• 観測データと正確に一致するための重力場伝播速度および誘導場速度の値を特定すること。

提案手法

• 地球の横方向重力場に時間遅れの重力場理論を適用し、電磁誘導場と類似したモデルを構築する。
• 誘導される速度変化が、横方向重力場の時間微分に比例することを導出する。これは電磁気学のファラデーの法則に類似している。
• 重力場の速度を光速の倍数、誘導場の速度を地球の赤道回転速度の倍数と仮定する。
• NEARのフライバイデータを用いて、モデルの最適な伝播速度および誘導速度をキャリブレーションする。
• 残りの5回のフライバイにモデルを拡張し、複数の観測結果との一貫性を検証する。
• 一般相対性理論の線形近似を用いて、時間遅れの場のアプローチが有効なフレームワークであることを正当化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間遅れの重力場理論は、宇宙船の地球フライバイにおける異常な速度変化を説明できるか？
• RQ2 観測されたNEARフライバイの速度変化13.46±0.01 mm/sと正確に一致するための重力場伝播速度は何か？
• RQ3 誘導される速度変化は、モデルが予測するように、地球の横方向重力場の時間微分に依存するか？
• RQ4 同じパラメータセット（伝播速度および誘導場速度）が、6回のフライバイ異常を一貫して説明できるか？
• RQ5 導出された重力場伝播速度が光速の1.060±0.001倍であるという物理的意味は何か？

主な発見

• 重力場伝播速度を光速の1.060±0.001倍に設定した場合、モデルは観測されたNEARフライバイの速度変化13.46±0.01 mm/sを正確に再現する。
• 誘導される速度変化は、地球の横方向重力場の時間微分に比例しており、電磁誘導に類似したメカニズムに一致する。
• 誘導重力場の速度は、地球の赤道回転表面速度の4.130±0.003倍であると特定された。
• 同じパrameter値が残りの5回の宇宙船フライバイにおける異常な速度変化を正確に説明でき、一貫した物理的メカニズムであることが示された。
• 結果から、一般相対性理論の線形化極限から導かれる時間遅れの重力場理論が、未解明のフライバイ異常を説明できる可能性がある。
• 観測結果との一致は、提示された不確実性範囲内で正確であり、時間遅れ場のアプローチがフライバイ動力学における重力効果をモデル化する上で有効であることを支持する。