[論文レビュー] Simulation of the flyby anomaly by means of an empirical asymmetric gravitational field with definite spatial orientation

Hans-Juergen Busack|ArXiv.org|Nov 18, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、ガリレオ、ネール、ロゼッタ、カッシーニ、メッセンジャーの惑星スライドバイで観測された説明のつかない速度増加（スライドバイ異常）を説明するため、地球の運動に対して固定された空間的向きを持つ経験的非対称重力場を提案する。球対称性を破るが、地球の自転や他の天体と結合しない修正された重力ポテンシャルを用いることで、モデルは観測されたドップラー残差をうまく再現し、今後のスライドバイにおける異常を予測する。これは標準重力理論に対する現象論的代替案を提供する。

ABSTRACT

All anomalous velocity increases until now observed during the Earth flybys of the spacecrafts Galileo, NEAR, Rosetta, Cassini and Messenger have been correctly calculated by computer simulation using an asymmetric field term in addition to the Newtonian gravitational field. The specific characteristic of this term is the lack of coupling to the rotation of the Earth or to the direction of other gravitational sources such as the Sun or Moon. Instead, the asymmetry is oriented in the direction of the Earth's motion within an assumed unique reference frame. With this assumption, the simulation results of the Earth flybys Galileo1, NEAR, Rosetta1 and Cassini hit the observed nominal values, while for the flybys Galileo2 and Messenger, which for different reasons are measured with uncertain anomaly values, the simulated anomalies are within plausible ranges. Furthermore, the shape of the simulated anomaly curve is in qualitative agreement with the measured Doppler residuals immediately following the perigee of the first Earth flyby of Galileo. Based on the simulation, an estimation is made for possible anomalies of the recently carried out flybys of Rosetta at Mars on 25.02.07 and at the Earth on 13.11.07, and for the forthcoming Earth flyby on 13.11.09. It is discussed, why a so modelled gravitational field has not been discovered until now by analysis of the orbits of Earth satellites, and what consequences are to be considered with respect to General Relativity.

研究の動機と目的

• 複数の太陽系間宇宙探査機の地球スライドバイで観測された説明のつかない速度増加を説明すること。
• 標準重力モデルでは予測できない宇宙探査機の予期せぬ速度変化という長年の謎（スライドバイ異常）を解明すること。
• 新物理を必要とせず、地球や他の天体の自転・公軌道運動と結合しない現象論的重力場モデルを提案すること。
• 既存のスライドバイデータに対するモデルの妥当性を検証し、今後のミッションにおける異常を予測すること。
• 一般相対性理論に対するそのような場の意味と、なぜ地球人工衛星軌道解析では検出されていないかを議論すること。

提案手法

• ニュートン的ポテンシャルに経験的非対称重力場項を追加し、球対称性を破る。
• 場の非対称性は、地球の運動方向に一致する特別な慣性系において固定されており、地球の自転や他の重力源とは独立している。
• 場はラグランジアンにおけるベクトルポテンシャル項として定式化され、標準重力定数を変更せずに運動方程式を修正する。
• 数値シミュレーションにより、スライドバイにおける軌道ずれとドップラーシフトを計算し、実際のテレメトリデータと比較する。
• 非対称性の空間的向きは固定されており、異なるスライドバイ幾何学およびミッションプロファイルにわたって一貫性を保つ。
• 誤差解析と不確実性推定を含め、ガリレオ2やメッセンジャーのように測定精度が低いスライドバイに対しても対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 経験的非対称重力場は、複数の太陽系間宇宙探査機の地球スライドバイで観測された速度異常を説明できるか？
• RQ2 そのような場が地球人工衛星軌道解析では検出されていないのはなぜか？（その影響が潜在的に存在するにもかかわらず）
• RQ3 地球の運動に対して固定された空間的向きを持つモデルが、異常速度変位の大きさと符号にどのように影響するか？
• RQ4 シミュレートされた異常曲線は、最初のガリレオスライドバイにおける近点付近の測定ドップラー残差とどの程度一致するか？
• RQ5 ロゼッタの2007年火星スライドバイおよび地球スライドバイ、および予定されている2009年の地球スライドバイにおける予測される異常は何か？

主な発見

• モデルは、ガリレオ1、ネール、ロゼッタ1、カッシーニのスライドバイで観測された代表的な速度異常を高い精度で再現できた。
• ガリレオ2およびメッセンジャーについても、シミュレートされた異常は妥当な不確実性範囲内に収まり、測定精度が低いことと整合的であった。
• 最初のガリレオスライドバイにおけるドップラー残差曲線のシミュレート形状は、特に近点付近で測定データと定性的に一致した。
• モデルは、ロゼッタの2007年火星スライドバイおよび2007年地球スライドバイに対し、幾何学的・方向的要因に依存した測定可能な異常を予測した。
• モデルは、異常は地球の自転や太陽・月などの重力源との結合によるものではなく、地球の運動に固定された方向性場に起因すると示唆している。
• 地球人工衛星軌道解析でその場が検出されていないのは、場が弱く方向性を持つこと、および低地球軌道が深宇宙スライドバイとは異なる運動的条件を経験しないことによる。