플라이비 이상 현상

Flyby anomaly
물리학의 미해결 문제:

우주선 플라이비스의 예기치 않은 가속도 변화를 일으키는 것은 무엇인가?

(물리학에서 더 풀리지 않은 문제)

플라이바이 이상 현상은 우주선에 의해 행성이 비행하는 동안 관측된 실제 속도 증가(즉, 운동 에너지의 증가)와 현재의 과학 모델 사이의 불일치다.여러 경우에서, 우주선은 과학자들이 예측한 것보다 더 큰 속도를 얻는 것으로 관찰되었지만, 지금까지 설득력 있는 설명은 발견되지 않았다.이 이상 현상은 S-밴드 및 X-밴드 도플러의 이동과 범위 원격측정법으로 관찰되었다.비행 중 발견된 가장 큰 불일치는 13mm/s이다.[1]

관측치

중력 보조는 태양계 탐사에 귀중한 기술이다.이러한 플라이바이 기동의 성공은 궤적의 정확한 기하학적 구조에 달려 있기 때문에, 행성과 만나는 동안 우주선의 위치와 속도는 딥 스페이스 네트워크(DSN)에 의해 매우 정밀하게 지속적으로 추적된다.

NEAR의 접지 플라이비 중 잔차 범위
메신저호는 비행 중 이상 징후를 관찰하지 않았다.

플라이비 이상 현상은 1990년 12월 8일 갈릴레오 우주선의 지구 플라이비 직후 DSN 도플러 데이터를 주의 깊게 검사하는 과정에서 처음 알려졌다.도플러 잔차(관측값에서 계산 데이터를 뺀 값)는 평탄한 상태를 유지할 것으로 예상되었지만, 분석 결과, 피리거에서 3.92 mm/s의 속도 증가에 해당하는 예상치 못한 66 mHz의 이동이 나타났다.제트 추진 연구소(JPL), 고다드 우주 비행 센터(GSFC), 텍사스 대학교(University of Texas)에서 이 효과에 대한 조사가 만족스러운 설명을 내놓지 못하고 있다.

1992년 12월 갈릴레오의 두 번째 지구 비행 이후로 그러한 이상 징후는 감지되지 않았다. 측정된 속도 감소가 303km의 낮은 고도에서 대기 드래그에서 예상한 것과 일치했다.그러나 드래그 추정치에는 큰 오차 막대가 있어 변칙적인 가속을 배제할 수 없었다.[2]

1998년 1월 23일 근지구 소행성 랑데부스(NEAR) 우주선은 지구와의 접촉 후 13.46mm/s의 비정상적인 속도 증가를 경험했다.카시니-Huygens는 1999년 8월에 약 0.11 mm/s를 얻었고, Rosetta는 2005년 3월에 지구가 날아간 후 1.82 mm/s를 얻었다.

메신저 우주선(수성 연구)을 분석한 결과, 예상치 못한 큰 속도 상승은 나타나지 않았다.이는 메신저호가 적도에 대해 지구에 대칭적으로 접근하고 출발했기 때문일 수 있다(아래 자료와 제안된 방정식 참조).이는 이 변칙이 지구의 자전과 관련이 있을 수 있음을 시사한다.

2009년 11월, ESA의 로제타 우주선은 이 변칙에 대한 추가 데이터를 수집하기 위한 노력의 일환으로 속도를 정밀하게 측정하기 위해 비행 중에 면밀히 추적되었지만, 중요한 변칙은 발견되지 않았다.[3][4]

목성으로 가는 2013년 주노의 비행은 변칙적인 가속을 일으키지 않았다.[5]

2018년 성간 소행성으로 추정되는 ʻ오우무아무아의 궤적을 면밀히 분석한 결과 태양으로부터 멀어질수록 작은 초과속도가 드러났다.초기 추측에 따르면, 이 변칙적인 현상은 비록 감지된 것은 없지만, 과대평가 때문임을 시사하는 바는 없다.[6]

일부 지구 비행 우주선에 대한 요약은 아래 표에 나와 있다.[3][7]

공예
데이터
 갈릴레오 1세 갈릴레오 2세 근처 카시니 로제타아이 메신저 로제타-Ⅱ 로제타-III 주노 하야부사2길 오시리스렉스[8] 베피콜롬보[9]
날짜 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
무한대에서의 속도, km/s 8.949 8.877 6.851 16.01 3.863 4.056 4.7
대기 시간(km/s)에서의 속도 13.738 8.877 12.739 19.03 10.517 10.389 12.49 13.34 14.93 10.3 8.5
영향 매개변수, km 11261 12850 8973 22680.49 22319 19064
최소 고도, km 956 303 532 1172 1954 2336 5322 2483 561[10] 3090[11] 17237 12677
우주선 질량, kg 2497.1 2223.0 730.40 4612.1 2895.2 1085.6 2895 2895 ~2720 590 4000
적도에 대한 궤적 기울기, 도 142.9 138.9 108.0 25.4 144.9 133.1
편향 각도, 도 47.46 51.1 66.92 19.66 99.396 94.7 80
무한대에서의 속도 증가, mm/s 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[5] ? ? ?
최소값에서의 속도 증가, mm/s 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 ? ? ?
에너지 증가, J/kg 35.1±0.7 92.2±0.9 7.03±0.19 ? ? ?

앤더슨의 경험적 관계

J. D는 2008년에 변칙적인 플라이 바이 속도 변화에 대한 경험적 방정식을 제안했다. 앤더슨 외:[12]

여기서 Ω은E 지구의 각진주파수E, R은 지구반경i, φ과o spacecraft은 우주선의 인바운드 및 아웃바운드 적도각이다.이 공식은 나중에 특수 상대성 이론의 장 폴 엠블렉에 의해 파생되었고, 그 효과에 대한 가능한 설명 중 하나를 이끌어냈다.[13]그러나 SSN 잔차는 고려하지 않는다. 아래의 "가능한 설명"을 참조하십시오.

가능한 설명

플라이바이 변칙에 대한 다수의 제안된 설명은 다음과 같다.

  • 빛의 속도가 모든 프레임에서 등방성이며 도플러 효과를 통해 우주 탐침의 속도를 측정하는 데 사용되는 방법에서 불변성이라는 가정에서의 가정된 결과.[14]측정된 일정하지 않은 변칙값(양수, 무효 또는 음수)은 단순히 이러한 가정을 완화시키는 것으로 설명된다.플라이바이 기동 중에 관찰자 V의o 방향으로 프로브의 속도 구성요소는 프로브가 전송하는 무선 주파수 f의 상대적 변위 df에서 도출되며 도플러 효과에 의해 빛의 국부 속도 c:를o 곱한다: V = (df / f) c:Céspedes-Curé 가설에 따르면,[15] 가변 중력 에너지 밀도 장을 통한 이동은 공간의 굴절률 n³을 약간 변화시키고 따라서 빛의 속도 c³을 발생시켜 불변 c에 근거한 도플러 데이터의 설명되지 않은 보정을 초래한다.이는 지구 기준 프레임의 플라이바이 기동의 속도 또는 에너지 변화에 대한 부정확한 추정으로 이어진다.
  • 도플러 가로 효과에 대한 설명되지 않음—즉, 반경 및 접선 속도가 0이 아닌 광원의 적색 편향.[13]그러나 이것은 범위 데이터의 유사한 변칙에 대해서는 설명할 수 없다.
  • 지구 주위의 암흑 물질 후광.[16]
  • 프레임 드레이깅과 같은 중력자성 현상을 생성하는 약한 영역과 선형화된 형태의 일반 상대성 이론의 영향도 조사되었다.[17]
  • 조셉 C가 제안한 고전적인 시간 경과 중력 설명. 하펠레.[18]
범위가 있는 NEAR Flyby에 대한 SSN 범위 잔차, 지연
  • NEAR Flyby에서 미국 우주 감시 네트워크 범위 데이터에 의해 밝혀진 원격 측정 신호의 범위 비율 초과 지연.[19]이러한 지연은 도플러와 범위 데이터 및 후행 도플러 진동의 이상 징후를 10–20% 이내로 설명하며, DSN에 의한 추적이 영구적으로 중단된 경우에만 양성 이상 징후를 예측하고 0 또는 음 이상 징후는 연속적으로 추적할 경우 도플러 속도에 의한 수신에서 잡음 모드를 가리킨다.비 DSN 스테이션에 의해 추적되는 도플러에서 이상이 발생하지 않아야 한다.[20]
  • 역행 방향으로 플라이 바이 이상을 예측하는 위상학적 비틀림 전류의 작용이지만, 우주선이 행성의 회전 감각과 관련하여 정확한 방향으로 행성에 접근할 때 null-효과.[21]
  • 주노 플라이비 분석은 플라이비 이상 징후를 잠재적으로 모방할 수 있는 분석 오류를 살펴보았다.그들은 정확한 비행별 예측을 위해 최소 50×50 계수의 고정밀 중력장이 필요하다는 것을 발견했다.저정밀 중력장(예: 10×10 계수를 가진 모델, 발사 분석에 충분한)을 사용하면 4.5 mm/s의 속도 오차가 발생할 수 있다.[5]

미래연구

현미경과 STEP과 같이 중력을 연구하기 위해 고안된 일부 임무는 매우 정확한 중력 측정을 할 것이며 이 이상 징후를 어느 정도 밝혀낼 수도 있다.[22]

참고 항목

참조

  1. ^ "ESA's Rosetta spacecraft may help unravel cosmic mystery". European Space Agency. November 12, 2009. Retrieved 13 March 2010.
  2. ^ C, Edwards, J. Anderson, P, Beyer, S. Bhaskaran, J. Borders, S. DiNardo, W. Folkner, R. Haw, S. Nandi, F. Nicholson, C. 0ttenhoff, S. Stephens (1993). "TRACKING GALILEO AT EARTH-2 PERIGEE USING THE TRACKING AND DATA RELAY SATELLITE SYSTEM". CiteSeerX 10.1.1.38.4256. {{cite journal}}: Cite 저널 요구 (도움말)CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)두 가지 [측정] 방법은 데이터와 유사한 적합치를 산출하였다.8%의 불확실성 내에서, 두 방법 모두 -5.9±0.2 mm/s의 트랙을 따라 속도가 감소하였다.Jacchia-Roberts 모델에 기초한 드래그 유도 속도 변화에 대한 선행 예측은 관측 속도 변화와 명확하게 일치하는 -6.2±4.0 mm/s[5]이었다.이와는 대조적으로 1990년 12월 고도 956km에서 DSN 데이터는 훨씬 더 작은 드래그 효과를 고려한 후 4mm/s의 궤도 속도 증가를 나타냈다.드래그 모델의 불확실성을 감안할 때 지구 2에서도 비슷한 증가가 일어났을 가능성을 단정적으로 배제할 수 없다.예를 들어, 모델링되지 않은 4 mm/s 증가와 -10 mm/s의 드래그 감소는 우리의 결과 및 선행 대기 모델과 호환될 것이다.그러나 훨씬 더 큰 변칙적인 속도 증가는 드래그 모델과 일치하지 않는 것처럼 보일 수 있다.
  3. ^ a b "Mystery remains: Rosetta fails to observe swingby anomaly". ESA. Archived from the original on 2009-12-23.
  4. ^ J. Biele (2012). "Navigation of the interplanetary Rosetta and Philae spacecraft and the determination of the gravitational field of comets and asteroids - (DLR) @ TU München, 2012" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-11-29. Retrieved 2014-11-18.
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  8. ^ Stephen Clark (September 22, 2017). "OSIRIS-REx asteroid mission receives gravitational boost from planet Earth". Spaceflight Now.
  9. ^ "BEPICOLOMBO EARTH FLYBY".
  10. ^ NASA의 주노 우주선이 목성까지 항해하는 동안 지구의 1번째 비행 이미지를 반환함
  11. ^ 하야부사2 지구 스윙 바이 결과
  12. ^ Anderson; et al. (7 March 2008), "Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth" (PDF), Phys. Rev. Lett., 100 (9): 091102, Bibcode:2008PhRvL.100i1102A, doi:10.1103/physrevlett.100.091102, PMID 18352689.
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문학

외부 링크