Аномалия облета

Нерешенная проблема в физика :. Что вызывает неожиданное изменение ускорения при пролете космического корабля? (другие нерешенные проблемы физики)

Аномалия пролета представляет собой несоответствие между современными научными моделями и фактическим увеличением скорости (т. е. увеличением кинетической энергии ), наблюдаемым во время облета планеты (обычно Земли) космическим кораблем. Во многих случаях космические корабли набирали большую скорость, чем предсказывали ученые, но до сих пор не было найдено убедительного объяснения. Эта аномалия наблюдалась в виде сдвигов в S-диапазоне и X-диапазоне Доплеровском и дальномерной телеметрии . Наибольшее расхождение, обнаруженное во время облета, составило 13 мм / с.

• 1 Наблюдения
• 2 Эмпирическое соотношение Андерсона
• 3 Возможные объяснения
• 4 Будущие исследования
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Литература
• 8 Внешние ссылки

Гравитационные помощи - ценные методы для исследования Солнечной системы. Поскольку успех таких пролетных маневров зависит от точной геометрии траектории, положение и скорость космического корабля во время его встречи с планетой постоянно отслеживаются с большой точностью Deep Space Network (DSN).

Остаточное расстояние во время облета Земли NEAR Play media Во время пролета MESSENGER не обнаружил никаких аномалий.

Аномалия пролета была впервые замечена во время тщательной проверки доплеровских данных DSN вскоре после Земли пролет космического корабля Galileo 8 декабря 1990 года. В то время как доплеровские невязки (наблюдаемые минус расчетные данные), как ожидалось, останутся неизменными, анализ выявил неожиданный сдвиг на 66 мГц, что соответствует увеличение скорости на 3,92 мм / с в перигее. Исследования этого эффекта в Лаборатории реактивного движения (JPL), Центре космических полетов им. Годдарда (GSFC) и Техасском университете не дали удовлетворительного объяснения..

Никакой такой аномалии не было обнаружено после второго пролета над Землей космического корабля Галилео в декабре 1992 г., когда измеренное уменьшение скорости соответствовало ожидаемому из-за сопротивления атмосферы на меньшей высоте 303 км. Однако оценки лобового сопротивления имели большие погрешности, и поэтому нельзя было исключить аномальное ускорение.

23 января 1998 г. космический аппарат сближения с околоземным астероидом (NEAR ) испытал аномальную скорость увеличение на 13,46 мм / с после встречи с Землей. Кассини – Гюйгенс набрал около 0,11 мм / с в августе 1999 года, а Rosetta набрал 1,82 мм / с после пролета над Землей в марте 2005 года.

Анализ Космический корабль MESSENGER (изучающий Меркурий ) не обнаружил значительного неожиданного увеличения скорости. Это может быть связано с тем, что MESSENGER и приблизился, и покинул Землю симметрично относительно экватора (см. Данные и предлагаемое уравнение ниже). Это говорит о том, что аномалия может быть связана с вращением Земли.

В ноябре 2009 года космический корабль ЕКА Rosetta тщательно отслеживался во время пролета, чтобы точно измерить его скорость, чтобы собрать дополнительные данные об аномалии, но не было обнаружено никаких существенных аномалий.

Облет Юноны в 2013 году на пути к Юпитеру не привел к аномальному ускорению.

В 2018 году тщательный анализ траектории предполагаемого межзвездного астероида ʻOumuamua показал небольшая избыточная скорость при удалении от Солнца. Первоначальное предположение предполагало, что аномалия произошла из-за выделения газа, хотя ничего не было обнаружено.

Сводка некоторых пролетавших над Землей космических аппаратов представлена ​​в таблице ниже.

Craft Data	Галилей I	Галилей II	РЯДОМ	Кассини	Розетта -I	ПОСЛАННИК	Розетта -II	Розетта -III	Юнона	Хаябуса 2	OSIRIS-REx	BepiColumbo
Дата	1990-12-08	1992-12-08	1998-01 -23	1999-08-18	2005-03-04	2005-08-02	2007-11-13	2009-11-13	2013-10-09	2015-12-03	2017-09-22	2020-04- 10
Скорость на бесконечности, км / с	8,949	8,877	6,851	16,01	3,863	4,056				4,7
Скорость в перигее, км / с	13,738	8,877	12,739	19,03	10,517	10,389	12,49	13,34	14,93	10,3	8,5
Удар в год метраж, км	11261		12850	8973	22680,49	22319						19064
Минимальная высота, км	956	303	532	1172	1954	2336	5322	2483	561	3090	17237	12677
Космический корабль масса, кг	2497.1	2223.0	730.40	4612.1	2895.2	1085.6	2895	2895	~ 2720	590		4000
Наклон траектории к экватору, градусы	142,9	138,9	108,0	25,4	144,9	133,1
Угол отклонения, градусы	47,46	51,1	66,92	19,66	99,396	94,7				80
Приращение скорости на бесконечности, мм / с	3,92 ± 0,08	-4,60 ± 1,00	13,46 ± 0,13	-2 ± 1	1,82 ± 0,05	0,02 ± 0,01	~ 0	~ 0	0 ± 0,8	?	?	?
Приращение скорости в перигее, мм / с	2,560 ± 0,050	-9.200 ± 0,600	7,210 ± 0,0700	-1,700 ± 0,9000	0,670 ± 0,0200	0,008 ± 0,004	~ 0,000 ± 0,000	-0,004 ± 0,044		?	?	?
Полученная энергия, Дж / кг	35,1 ± 0,7		92,2 ± 0,9		7,03 ± 0,19					?	?	?

Эмпирическое уравнение для аномального изменения скорости пролета было предложено в 2008 г. Дж. Д. Андерсон и др.:

$d\; VV\; =\; 2\; \omega \; ERE\; (cos\; \; \phi \; i\; -\; cos\; \; \phi \; o)\; c,\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{dV\}\; \{V\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\; 2\; \backslash \; omega\; \_\; \{\backslash \; text\; \{E\}\}\; R\; \_\; \{\backslash \; text\; \{E\}\}\; (\backslash \; cos\; \backslash \; varphi\; \_\; \{\backslash \; text\; \{i\}\}\; -\; \backslash \; cos\; \backslash \; varphi\; \_\; \{\backslash \; text\; \{o\}\})\}\; \{c\}\; \},\}$

где ω E - это угловая частота Земли, R E - радиус Земли, а φ i и φ o - входящие и исходящие экваториальные углы космического корабля. Эта формула была позже получена из специальной теории относительности, что привело к одному из возможных объяснений эффекта. Однако это не учитывает остатки SSN - см. «Возможные объяснения» ниже.

Был предложен ряд объяснений аномалии пролета, в том числе:

• Было высказано предположение, что аномалия пролета является следствием предположения, что скорость полета свет изотропен во всех кадрах и неизменен в методе измерения скорости космических зондов с помощью эффекта Доплера. Несогласованные измеренные аномальные значения: положительные, нулевые или отрицательные просто объясняются, ослабляя это предположение. Во время пролетных маневров компоненты скорости зонда в направлении наблюдателя Vo определяются из относительного смещения df передаваемой зондом радиочастоты f, умноженного на локальную скорость света c 'с помощью эффекта Доплера: Vo = ( df / f) c '. Согласно гипотезе Сеспедес-Кюре, движение через переменные поля плотности гравитационной энергии вызывает небольшие изменения показателя преломления n 'пространства и, следовательно, скорости света c', что приводит к неучтенным корректировкам доплеровских данных, основанных на инвариант c. Это приводит к неверным оценкам скорости или изменения энергии в маневре пролета в системе отсчета Земли.
• Неучтенный поперечный эффект Доплера - т.е. красное смещение источника света с нулевой радиальной и ненулевой тангенциальной скоростью. Однако это не может объяснить аналогичную аномалию в данных о дальности.
• A гало темной материи вокруг Земли.
• Модификация инерции, являющаяся результатом эффекта Казимира масштаба Хаббла, относящийся к эффекту Унру (квантованная инерция ).
• Влияние общей теории относительности, в ее слабополевой и линеаризованной форме уступающей и гравитомагнитной такие явления, как перетаскивание кадра, также были исследованы: оказалось, что он не может объяснить аномалию пролета.
• Классическое объяснение запаздывающей гравитации, предложенное Джозефом C. Hafele.

Остаточные значения дальности SSN для ближнего пролета с дальностью, задержкой

• Пропорциональная дальности избыточная задержка телеметрического сигнала, обнаруженная данными дальности Сети космического наблюдения США во время ближнего пролета. Эта задержка, учитывающая аномалию как в доплеровских данных, так и в данных о дальности, а также замыкающие доплеровские колебания с точностью до 10–20%, указывает на режимы чирпа при приеме из-за доплеровского частота, предсказывающая положительную аномалию только тогда, когда отслеживание DSN прерывается вокруг перигея, и нулевую или отрицательную аномалию при непрерывном отслеживании. В доплеровском режиме не должно происходить никаких аномалий, отслеживаемых станциями, не относящимися к DSN.
• Действие топологического торсионного тока, предсказывающее аномалии пролета в ретроградном направлении, но нулевой эффект, когда космические аппараты приближаются к планете в позиградальном направлении по отношению к ней. чувство вращения.
• В ходе анализа пролета Juno были выявлены ошибки анализа, которые потенциально могли имитировать аномалию пролета. Они обнаружили, что для точных прогнозов пролета требуется высокоточное гравитационное поле с коэффициентами не менее 50x50. Использование поля силы тяжести более низкой точности (например, модели с коэффициентами 10 × 10, достаточными для анализа запуска) приведет к ошибке скорости 4,5 мм / с.

Некоторые миссии, предназначенные для изучения силы тяжести, такие как МИКРОСКОП и ШАГ, позволяют выполнять чрезвычайно точные измерения силы тяжести и могут пролить свет на аномалию.

• Список нерешенных проблем физики
• Модифицированная ньютоновская динамика
• Пионерская аномалия
• Квантованная инерция

• Дж. Д. Андерсон; Дж. Г. Уильямс (2001), «Дальние испытания принципа эквивалентности», Класс. Квантовая гравитация., 18(13): 2447–2456, Bibcode : 2001CQGra..18.2447A, doi : 10.1088 / 0264-9381 / 18/13/307.
• С. Lämmerzahl; О. Прейс; Х. Диттус (2006), «Действительно ли физика Солнечной системы понятна?», Материалы 359-го семинара WE-Heraeus на тему «Лазеры, часы и без сопротивления: технологии для будущих исследований в космосе и испытания силы тяжести», arXiv : gr-qc / 0604052, Bibcode : 2006gr.qc..... 4052L.
• J. Д. Андерсон; Дж. К. Кэмпбелл; MM Nieto (2007), "Процесс передачи энергии при облетах планет", New Astronomy, 12 (5): 383–397, arXiv : astro-ph / 0608087, Bibcode : 2007NewA... 12..383A, doi : 10.1016 / j.newast.2006.11.004.
• НАСА сбит с толку необъяснимой силой, действующей на космические зонды (2008), на Space.com.
• J. Д. Андерсон; Дж. К. Кэмпбелл; Дж. Э. Экелунд; Дж. Эллис; Дж. Ф. Джордан (2008), «Аномальные изменения орбитальной энергии, наблюдаемые во время облета Земли космическими аппаратами» (PDF), Phys. Rev. Lett., 100 (91102): 091102, Bibcode : 2008PhRvL.100i1102A, doi : 10.1103 / PhysRevLett.100.091102, PMID 18352689, заархивировано из оригинала (PDF) от 16.10.2008.
• Разыскивается: Эйнштейн-младший (2008), на Economist.com.
• К. Свозил (2007). «Микрофизические аналоги пролетных аномалий». Новая астрономия. 12 (5): 383–397. arXiv : 0804.2198. Bibcode : 2007NewA... 12..383A. doi : 10.1016 / j.newast.2006.11.004.

• Lämmerzahl, Claus (2008). «Пионерская аномалия или действительно ли мы понимаем физику Солнечной системы?» (pdf; 6,25 МБ, доклад / слайды). Центр прикладных космических технологий и микрогравитации. Бременский университет. п. 123.
• Асте, Андреас (2008). «Аномалии космического корабля: обновление» (PDF). Кафедра физики. Базельский университет. п. 29. Архивировано из оригинала (pdf; 9,8 МБ, доклады / слайды) 07.11.2016. Проверено 01.10.2009.