[论文解读] Can the Pioneer anomaly be of gravitational origin

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

Computational Physics and Python Applications被引用 2

一句话总结

本文通过检验其对行星轨道的预测效应，测试了先驱者异常（在深空探测器中观测到的未解释的太阳系内加速度）是否可能源于引力起源。利用更新的行星近日点进动数据及旅行者2号飞掠天王星和海王星时的无线电信标测量数据，研究未发现支持引力机制的证据，表明在当前观测约束下，此类解释已被排除。

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.

研究动机与目标

• 评估用于解释先驱者异常的引力机制是否能同时解释行星轨道动力学。
• 检验两种修正引力模型与近期行星长期近日点进动测量结果的一致性。
• 利用旅行者2号飞掠天王星和海王星期间的无线电信号跟踪数据，作为对行星运动中类似先驱者异常加速度的独立检验。
• 评估在等效原理和太阳系动力学约束下，先驱者异常的引力起源是否可行。
• 直接提供观测检验，以判断此类异常加速度是否会影响在先驱者异常被观测到的区域中的行星轨道。

提出的方法

• 利用选定行星的最新长期近日点进动测定结果，约束两种用于解释先驱者异常的修正引力模型。
• 将等效原理作为基本要求，确保任何引力机制也必须影响行星轨道。
• 分析旅行者2号飞掠天王星和海王星期间的无线电信号测距数据，以探测对行星轨道轨迹可能存在的类似先驱者异常加速度的痕迹。
• 将所提引力模型预测的轨道扰动与实际观测到的行星运动进行比较，以评估其一致性。
• 将行星数据中未检测到明显异常作为标准，以拒绝或约束所提模型。
• 将行星赤经和赤纬数据作为一致性基准，将检验扩展至来自旅行者2号的新独立数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 能够解释先驱者异常的修正引力模型，是否也能解释内行星长期近日点进动的观测结果？
• RQ2 行星轨道中未检测到异常加速度，是否意味着排除了先驱者异常的引力起源？
• RQ3 旅行者2号在飞掠天王星和海王星期间的无线电信号测距数据，能否探测到影响行星运动的类似先驱者异常加速度？
• RQ4 一种引力机制能否产生先驱者异常，而同时不影响行星轨道，这是否与等效原理一致？
• RQ5 结合行星数据与深空探测器跟踪约束，是否支持或反驳普遍异常加速度的存在？

主要发现

• 最新的行星长期近日点进动测量结果不支持用于解释先驱者异常的两种修正引力模型。
• 旅行者2号飞掠天王星和海王星期间的无线电信号测距数据未显示任何影响行星运动的类似先驱者异常加速度的证据。
• 在行星轨道数据和深空探测器跟踪数据中均未检测到明显异常，导致对先驱者异常引力起源的否定结论。
• 结果与基于行星赤经和赤纬的先前测试一致，强化了零结果的稳健性。
• 当前观测数据不支持任何满足等效原理且能解释先驱者异常的可行引力机制。
• 本研究得出结论：在当前约束条件下，先驱者异常无法由会影响行星轨道的引力效应来解释。