Відкрити головне меню

Аномалія обльоту або аномалія зближення (англ. flyby anomaly) — несподіване збільшення енергії під час обльотів Землі космічними апаратами. Аномалія спостерігається як зміщення у S-діапазоні (2-4 ГГц або 15-7,5 см) і X-діапазоні (8-12 ГГц або 3,75-2,5 см) доплерівської телеметрії і телеметрії дальності. У сукупності це викликає значне непередбачуване збільшення швидкості до 13 мм/с під час обльоту.[1] Чисельно більші розбіжності (400—1000 м) спостерігалися принаймні у одному обльоті (NEAR) відносно радарів Space Surveillance Network (SSN).

Зміст

СпостереженняРедагувати

Гравітаційні маневри — це цінні методи для досліджень Сонячної системи. Оскільки успіх цих маневрів обльоту залежить від геометрії траєкторії, положення та швидкість космічного апарату постійно відстежується в ході зустрічі апарату з планетою за допомогою Мережі далекого космічного зв'язку (МДКЗ).

 
Залишки вимірів дальності при обльоті Землі апаратом NEAR
Під час свого обльоту MESSENGER не помітив жодних аномалій

Аномалія обльоту була вперше помічена під час ретельного аналізу допплерівських даних МДКЗ незабаром після обльоту Землі космічним апаратом «Галілео» 8 грудня 1990 року. Хоча очікувалось, що доплерівські залишки (спостережувані мінус розрахункові дані) залишаться незмінними, аналіз показав несподіване зміщення на 66 МГц, що відповідає збільшенню швидкості на 3,92 мм/с у перигеї. Дослідження цього ефекту в Лабораторії реактивного рухуЦентрі космічних польотів Ґоддарда і Техаському університеті не дали задовільного пояснення. Жодна аномалія не була виявлена після другого обльоту Землі космічним апаратом «Галілео» у грудні 1992 року, де виміряне зниження швидкості збігалось з тим, що очікується від аеродинамічного опору на нижній висоті 303 км. Однак, оцінки опору мали велику похибку, і тому аномальне прискорення не може бути виключене.[2]

23 січня 1998 року апарат у отримав аномальне збільшення швидкості 13,46 мм/с після його обльоту Землі, апарат «Кассіні — Гюйгенс» отримав близько 0,11 мм/с в серпні 1999 року, а «Розетта» отримала 1,82 мм/с після обльоту Землі в березні 2005 року.

Аналіз даних космічного апарату MESSENGER  (вивчає Меркурій) не виявив яких-небудь істотних несподіваних збільшень швидкості, може тому, що MESSENGER наближався і віддалявся від Землі симетрично відносно екватора (див. дані та запропоноване рівняння нижче). Це дозволяє припустити, що аномалія може бути пов'язана з обертанням Землі.

У листопаді 2009 року за космічним апаратом «Розетта» ЄКА пильно слідкували під час обльоту для того, щоб точно виміряти його швидкість, в спробі зібрати додаткову інформацію про аномалію, але ніяких суттєвих аномалій виявлено не було.[3]

Обліт 2013 року апаратом «Юнона» на шляху до Юпітера не дав жодного аномального прискорення.[4]

Резюме обльотів Землі космічними апаратами представлені в таблиці нижче.[5][6]

Характеристика Галілео I Галілео II NEAR Кассіні Розетта-I MESSENGER Розетта-II Розетта-III Юнона Хаябуса-2
Дата 1990-12-08 1992-12-12 1998-01-23 1999-08-18 2005-03-04 2005-08-02 2007-11-13 2009-11-13 2013-10-09 2015-12-03
Швидкість на нескінченності, км/с 8.949 8.877 6.851 16.01 3.863 4.056 4.7
Швидкість у перигеї, км/с 13.738 12.739 19.03 10.517 10.389 12.49 13.34 10.3
Параметр зіткнення, км 11261 12850 8973 22680.49 22319
Мінімальна висота, км 956 303 532 1172 1954 2336 5322 2483 561[7] 3090[8]
Маса космічного апарату, кг 2497.1 730.40 4612.1 2895.2 1085.6 2895 2895 ~2720 590
Нахил траєкторії до орбіти, градусів 142.9 138.9 108.8 25.4 144.9 133.1
Кут відхилення, градусів 47.46 51.1 66.92 19.66 99.396 94.7 80
Зростання швидкості на нескінченності, 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[4] ?
Зростання швидкості у перигеї, мм/с 2.56±0.05 7.21±0.07 −1.7±0.9 0.67±0.02 0.008±0.004 ~0 −0.004±0.044 ?
Отримана енергія, Дж/кг 35.1±0.7 92.2±0.9 7.03±0.19 ?

Майбутні дослідженняРедагувати

Нові місії з обльотами Землі включають BepiColombo з запуском в жовтні 2018 року і обльотом Землі у квітні 2020 року.

Деякі місії призначені для вивчення гравітації, такі як STEP, будуть робити дуже точні виміри гравітації і можуть пролити світло на цю аномалію.[9]

Запропоноване рівнянняРедагувати

Емпіричне рівняння для аномальної зміни швидкості при обльоті було запропоноване Дж. Д. Андерсоном зі співавт.:

 

де ωЕ є кутовою частотою Землі, RЕ — це радіус Землі, а φя і φо, це вхідний і вихідний екваторіальний кут апарату.[10] (Рівняння не враховує залишків SSN — див. «Можливі пояснення» нижче.)

Можливі поясненняРедагувати

Було запропоновано кілька можливих пояснень аномалії обльоту, в тому числі:

  • Неврахований поперечний ефект Доплера, тобто червоне зміщення джерела світла з нульовою радіальною і ненульовою тангенціальною швидкістю.[11] Однак це не може пояснити подібну аномалію в даних виміру дальності.
  • Гало темної матерії навколо Землі.[12]
  • Модифікація інерції в результаті Габбл-масштабного ефекту Казимира, пов'язаного з ефектом Унру (MiHsC)[13][14]
  • Вплив загальної відносності, яка в її слабкому полі і лінеаризованій формі створює гравітоелектричні і гравітомагнетичні феномени, такі як ефект Лензе-Тіррінґа, також досліджувався[15] , але вона також не може пояснити аномалію обльоту.
  • Джозеф К.Хафеле запропонував пояснення запізнювання гравітації від часу.[16]
  • Пропорційна до дальності надмірна затримка телеметричного сигналу була виявлена в даних United States Space Surveillance Network щодо телеметрії дальності обльоту NEAR.[17] Ця затримка, яка пояснює аномалію і в доплерівських даних і в даних телеметрії дальності, а також кінцеві доплерівські коливання в межах 10-20 %, вказує на внутрішньоімпульсні лінійні частотні модуляції (chirp modes) в прийомі сигналів внаслідок доплерівського коефіцієнта (співвідношення швидкості хвилі до її швидкості в середовищі), прогнозує позитивну аномалію тільки коли відстеження траєкторії станціями МДКЗ переривається близько перигею, а також нульову або негативну аномалію, якщо вона відстежується безперервно. Ніяких аномалій не повинно спостерігатися, якщо доплерівське відстеження здійснюється не станціями МДКЗ.[18]
 
Ряд залишків SSN відносно дальності та затримки

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. ESA's Rosetta spacecraft may help unravel cosmic mystery. European Space Agency. November 12, 2009. Процитовано 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. 
  3. 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. Архів оригіналу за 2014-11-29. Процитовано 2014-11-18. 
  4. а б Thompson, Paul F., Matthew Abrahamson, Shadan Ardalan, and John Bordi. (2014). Reconstruction of Earth flyby by the Juno spacecraft. AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting; 24th;. Santa Fe, NM: AAS,. с. 14–435. 
  5. Mystery remains: Rosetta fails to observe swingby anomaly. ESA. Архів оригіналу за 2009-12-23. 
  6. Anderson, John D.; James K. Campbell; Michael Martin Nieto (July 2007). The energy transfer process in planetary flybys. New Astronomy 12 (5): 383–397. Bibcode:2007NewA...12..383A. arXiv:astro-ph/0608087. doi:10.1016/j.newast.2006.11.004. 
  7. NASA'S JUNO SPACECRAFT RETURNS 1ST FLYBY IMAGES OF EARTH WHILE SAILING ON TO JUPITER
  8. Hayabusa2 Earth Swing-by Result
  9. Páramos, Jorge; Hechenblaikner, G. (2013). Probing the Flyby Anomaly with the future STE-QUEST mission. Planetary and Space Science. 79-80: 76–81. Bibcode:2013P&SS...79...76P. arXiv:1210.7333. doi:10.1016/j.pss.2013.02.005. 
  10. Anderson (7 March 2008). Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth. Phys. Rev. Lett. 100 (9): 091102. Bibcode:2008PhRvL.100i1102A. PMID 18352689. doi:10.1103/physrevlett.100.091102. 
  11. Mbelek, J. P. (2009). «Special relativity may account for the spacecraft flyby anomalies». arXiv:0809.1888 [qr-qc]. 
  12. S.L.Adler (2008). Can the flyby anomaly be attributed to Earth-bound dark matter?. Physical Review D 79 (2): 023505. Bibcode:2009PhRvD..79b3505A. arXiv:0805.2895. doi:10.1103/PhysRevD.79.023505. 
  13. M. E. McCulloch (2008). Modelling the flyby anomalies using a modification of inertia. MNRAS Letters 389 (1): L57–L60. Bibcode:2008MNRAS.389L..57M. arXiv:0806.4159. doi:10.1111/j.1745-3933.2008.00523.x. 
  14. https://www.technologyreview.com/s/601299/the-curious-link-between-the-fly-by-anomaly-and-the-impossible-emdrive-thruster/
  15. L. Iorio (2009). The Effect of General Relativity on Hyperbolic Orbits and Its Application to the Flyby Anomaly. Scholarly Research Exchange 2009: 1–8. Bibcode:2009ScReE2009.7695I. arXiv:0811.3924. doi:10.3814/2009/807695. 807695. 
  16. http://www.ptep-online.com/index_files/2013/PP-33-01.PDF Архівовано 10 березень 2016 у Wayback Machine. – Causal Version of Newtonian Theory by Time–Retardation of the Gravitational Field Explains the Flyby Anomalies
  17. P. G. Antreasian; J. R. Guinn (1998). Investigations into the unexpected delta-v increase during the Earth Gravity Assist of GALILEO and NEAR. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conf. and Exhibition. Boston. paper no. 98-4287. 
  18. V. Guruprasad (2015). Observational evidence for travelling wave modes bearing distance proportional shifts. EPL 110 (5): 54001. Bibcode:2015EL....11054001G. arXiv:1507.08222. doi:10.1209/0295-5075/110/54001. 

ЛітератураРедагувати

ПосиланняРедагувати