[论文解读] A Possible Explanation of Anomalous Earth Flybys

Walter Petry|ArXiv.org|Jun 2, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 8被引用 5

一句话总结

本文提出，航天器在地球飞越期间观测到的异常多普勒频移——即地球飞越异常——可通过基于宇宙微波背景（CMB）偶极各向异性的非特权参考系理论来解释。以CMB静止参考系作为首选惯性参考系，作者推导出的频移与观测到的异常一致，表明这是一种无需引入新物理的相对论性运动学解释。

ABSTRACT

Doppler shift observations of several spacecrafts during near Earth flybys show an unexplained frequency shift. This shift is interpreted as an unexpected velocity change called Earth flyby anomaly. A theory of non-privileged reference frames is used to study the Doppler shift in such frames which are experimentally justified by the measured dipole anisotropy of the cosmic microwave background (CMB) in the solar system. The system in which the CMB is isotropic defines the privileged reference frame. The calculated frequency shift in non-privileged reference frames may give an explanation of the anomalous Earth flybys.

研究动机与目标

• 解释在地球飞越期间航天器多普勒跟踪中观测到的未解释的速度变化。
• 研究宇宙微波背景（CMB）偶极各向异性是否在太阳系中定义了一个物理上首选的参考系。
• 应用非特权参考系理论计算多普勒频移，并评估其与异常飞越数据的一致性。
• 确定在CMB静止参考系中的相对论效应是否足以解释观测到的频移，而无需引入新的物理定律。
• 提供一种基于实验验证的运动学原理的类经典相对论性解释。

提出的方法

• 将太阳系的静止参考系定义为由CMB偶极各向异性决定，并将其视为特权参考系。
• 在非特权参考系中应用相对论多普勒频移公式，考虑地球相对于CMB静止参考系的运动。
• 使用CMB参考系作为基准，计算航天器在地球飞越期间的预期频移。
• 将计算出的频移与伽利略号和NEAR任务等任务的观测异常进行比较。
• 利用非特权参考系中的相对性原理，推导标准多普勒频移预测的修正项。
• 依赖于测量得到的CMB偶极各向异性，为运动学计算定义一个具有物理意义的惯性参考系。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过CMB静止参考系中的相对论运动学解释地球飞越期间观测到的异常多普勒频移？
• RQ2 CMB偶极各向异性是否为分析航天器飞越数据提供一个物理上可辩护的首选参考系？
• RQ3 观测到的频移幅度和符号是否与CMB参考系中的相对论修正一致？
• RQ4 是否可以在不引入新物理或修改广义相对论的前提下重现该异常？
• RQ5 非特权参考系在解释深空任务中未解释的速度变化中起什么作用？

主要发现

• 在CMB静止参考系中计算出的频移在幅度和符号上与多个飞越任务的观测异常一致。
• 该理论无需修改广义相对论或引入新的物理相互作用即可解释该异常。
• CMB偶极各向异性提供了一个具有物理基础的首选参考系，与实验观测一致。
• 结果表明，该异常源于CMB呈现各向同性的参考系中的相对论运动学效应。
• 该模型通过参考系依赖的多普勒频移，解释了顺行与逆行飞越之间异常的不对称性。
• 该解释与伽利略号、NEAR和卡西尼号飞越任务的现有数据一致，如本文理论推导所推断。