[论文解读] A few remarks about the Pioneer anomaly

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|Nov 4, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出，深空探测器所观测到的向日加速现象（即先驱者异常）源于与引力子背景相互作用引起的宇宙学减速，类似于宇宙学红移。该模型预测，观测到的异常加速度在太阳方向的投影取决于探测器速度矢量与径向矢量之间夹角的余弦值，从而解释了在长轨道中该角度变化极小，导致在大距离处加速度近乎恒定的现象。

ABSTRACT

Some features of the Pioneer anomaly are discussed in context of author's explanation of this effect as a deceleration of the probes in the graviton background. It is noted that if the model is true then the best parameter of the anomalous acceleration should be not the distance to the Sun but a cosine of the angle between a velocity of the probe and its radius-vector.

研究动机与目标

• 解释先驱者异常为与引力子背景相互作用引起的宇宙学减速。
• 通过轨道几何结构解释在大距离（6.7–67 AU）处观测到的近乎恒定的异常加速度。
• 预测在行星飞越期间当cosα变为负值时，异常加速度将发生符号反转。
• 利用未来数据（特别是先驱者11号与木星和土星的近距离飞越）对模型进行检验。
• 解释先驱者10号数据中观测到的年周期残差为地球相对于引力子背景运动的结果。

提出的方法

• 模型假设由于引力子背景相互作用，存在一个普遍的减速量w ≈ Hc（哈勃常数×光速）。
• 通过w_s = -w · cosα将异常加速度投影到太阳方向，其中α为速度矢量与径向矢量之间的夹角。
• 在太阳引力场中应用能量和角动量守恒，估算长椭圆轨道上的cosα值。
• 通过轨道图的视觉估计（例如[2]中的图3）推断不同距离处的cosα值（例如在67 AU处≈0.994）。
• 将预测的cosα演化与观测到的异常加速度随时间的变化进行比较，特别是在行星飞越期间。
• 建议将探测器自身时间演化中的w_s与cosα进行对比，作为检验该模型的关键手段。

实验结果

研究问题

• RQ1 先驱者探测器的异常加速度是否如引力子背景模型所预测的那样，依赖于速度与径向矢量夹角余弦值cosα？
• RQ2 为何在大距离处（例如67 AU）异常加速度近乎恒定，尽管其与太阳的距离在不断增加？
• RQ3 先驱者10号残差中观测到的年周期项是否可由地球相对于引力子背景的运动来解释？
• RQ4 在行星飞越期间，当cosα变为负值时，异常加速度是否会如模型预测的那样发生符号反转？
• RQ5 未来从恢复的先驱者11号遥测数据（1.01–41.7 AU）中，能否确认异常加速度随cosα变化的预测行为？

主要发现

• 异常加速度的投影w_s被预测为w_s = -w · cosα，表明其依赖于轨道几何结构，而非与太阳的距离。
• 对于先驱者10号在67 AU处，cosα ≈ 0.994，且在6.7–67 AU范围内，cosα仅变化约5%，从而解释了观测到的近乎恒定的加速度。
• 在先驱者11号飞越木星和土星期间，cosα曾一度变为负值，若该模型正确，则意味着异常加速度将发生符号反转。
• 先驱者10号残差中观测到的年周期项被解释为地球相对于引力子背景运动引起的调制效应。
• 该模型表明，先驱者异常可能是低能量子引力在宏观尺度上的首次表现。
• 未来执行闭合轨道或高度椭圆轨道的任务将是最优选择，以检验w_s与cosα随时间变化的预测相关性。