無題の文書

1998年10月5日、学術誌『Physical Review Letters』の第81巻に、以下のタイトルの論文が掲載された。

パイオニア10/11、ガリレオ、およびユリシスからのデータに基づく、見かけ上の異常で微弱な長距離加速度の示唆

ジョン・D・アンダーソン、フィリップ・A・L・レイン、ユニス・L・ラウ、
アンソニー・S・リウ、マイケル・マルティン・ニエト、スラバ・G・トゥイシェフ

.....参考文献
PACS番号：04.80.-y, 95.Eg, 95.55.Pe

.....以下にアブストラクトを示す。まず英語版、続いてその仏語訳：

パイオニアX

.....記事の要約と、いくつかの抜粋が続く。

....遠方惑星の探査は、1972年のパイオニア10号の打ち上げで始まり、1973年にはパイオニア11号が続いた。木星と土星のフライバイによるスイングバイ効果を受けた後、両探査機は双曲線軌道を取り、太陽系を離脱していった。パイオニア10号は現在も信号を送信しているものの、NASAは1997年3月31日にこのミッションを公式に終了した。当時、探査機は太陽から67天文単位（AU）の距離にあった。一方、パイオニア11号の無線システムは1990年10月1日に停止した。当時、第2の探査機は太陽から30天文単位（AU）の距離にあった。いずれにせよ、優れたスピン安定化により、これらの探査機は動力学研究のための非常に良い装置である。5日間にわたる測定を段階的に行うことで、約10-10 cm/s2の評価精度で加速度（実際には減速）の測定が可能である。したがって、ジェット推進研究所（JPL）の深宇宙ネットワーク（DSN）部門で、これら2機の軌道解析が行われた。この種の解析では、惑星による摂動、輻射圧、惑星間空間の影響、一般相対性効果などが当然考慮された。要するに、単純なケプラー軌道からの既知の変動要因をすべて排除した解析結果を得るために、あらゆる予防措置が講じられた。1980年以降、輻射圧（r-2に比例して減少）の影響が無視できるほど小さくなった時点で、その影響は20天文単位の距離で5 x 10-8 cm/s2未満の加速度を生じるものであった。解析は、異常な減速成分、すなわち「太陽方向を向いた加速度」（記事で使用されている用語を借りる）を示した。その典型的な値は (8 ± 3) 10-8 cm/s2 であった。我々は、この効果が以下の要因によるものと考えた：

• カイパーベルトの重力場
• 銀河の重力場
• 暦表（エフェメリス）の誤差
• 地球位置評価の標準誤差
• 歳差および章動の現象

....しかし、これらの「力」のいずれも、そのような効果を説明することはできなかった。説明には3桁のオーダーの差があった。次に、この現象が電力発生装置（プルトニウム）の出力低下によるものではないかと考えられた。しかし、この原因は除外された。もしそうであれば、機載電力源の出力低下に伴い、時間とともに現象が変化していたはずだからである。したがって、我々は探査機が太陽方向を向いた加速度を受けているという結論に至った：

....- パイオニア10号： ( 8.09 ± 0.20 ) 10-8 cm/s2
....- パイオニア11号： ( 8.56 ± 0.15 ) 10-8 cm/s2

....これらの値は、40から60天文単位の距離範囲において、2 x 10-8 cm/s2の感度レベルで変化しなかった。次に、抗力効果、すなわち探査機の速度に比例する周囲媒質の粘性作用を考えた。しかし、これらの2機の軌道は太陽に対する放射方向の軌道とはかなり異なるため、この説明はあまり説得力がなかった。

...そこで、我々は解析を他の2つの探査機、ガリレオと、黄道面外を飛行するユリシス探査機に拡大した。ドップラー効果による測定に関する膨大な量のデータが利用可能であった。太陽に起因する輻射圧の無視できない影響のため、ガリレオ探査機関連のデータから何らかの情報を抽出することは、すぐに不可能であることが明らかになった。一方、ユリシスのデータ解析では、起源不明の加速度が検出され、これも常に太陽方向を向いており、その値は：

...- ( 12 ± 3 ) 10-8 cm/s2

...この3機目でも同じ現象が確認されたため、使用コードに関連する誤差ではないかと考えられた。そこで、CHASMP（Compact High Accuracy Motion Program）という別の解析ツールを用いて再解析を行ったが、変化はなかった。原子時計が「時間とともにドリフトする」可能性や、地球上の異なる地点で異なる値を示す可能性すら検討せざるを得なかった（...）。

...なお、ガリレオについても同じ現象 ( 8 ± 3 ) 10-8 cm/s2 が確認された。しかし、太陽に近い位置にあったため、この値は輻射圧効果による値とほぼ等しかった（パイオニア10号、パイオニア11号、ユリシスでは輻射圧効果を完全に無視できた）。

...次に、波から放出される光子と太陽風との間の未知の相互作用が考えられた（...）。議論はその後、「プルート・エクスプレス」や「ソーラー・プローブ」などの将来のミッションへと及んだ。

..我々は、この効果が太陽系内の暗黒物質の存在に起因するものではないかと考えたが、この解釈は3 x 10-4太陽質量を超える暗黒物質の存在を必要とし、可視質量に基づく暦表の精度の信頼性と矛盾する。実際、2桁小さい余分な質量でも、天王星のような遠方の天体を含む観測可能な摂動を生じさせるのに十分である。したがって、暗黒物質の線は放棄され、「質量を持つニュートリノ」の群れという仮説も同様に却下された。

..次に、ヤカワ力の追加を考慮して重力ポテンシャルを修正することが検討された。参考文献は：

..M.M. Nieto and T. Goldman, Phys. Rev. Rep. 205 , 221 (1991) ; 216 , 343 (1992).

..重力ポテンシャルは以下のようになる：

l はこの新しい力の作用半径である。この種のモデルは一定の加速度をもたらす：

ここで a1 は距離 r1 = 1天文単位におけるニュートン加速度である。我々はニュートン法則が修正された他のモデルも検討した。しかしながら、ニュートン法則のこの修正は、太陽系の惑星の軌道に影響を与えるはずである。火星のような惑星については、バイキング型の探査機は軌道パラメータの100メートルオーダーの変動を検出できる。火星と地球が受ける効果を組み合わせると、測定精度は150メートルとなる。ところが：

The Pioneer effect is not seen.... a large error here would
cause inconsistencies withe the overall planetary ephemeris.

訳：「パイオニア効果は見られない....これほど大きな誤差は、惑星暦表全体のデータと矛盾する」。

...結論として：もしニュートン法則のこの修正が火星と地球の軌道に影響を与える（すなわち普遍性を主張する）のであれば、バイキングの測定精度が課す制約により、効果は0.1 x 10-8 cm/s2未満でなければならない。

..*.*Consequently,
if the anomalous radial acceleration acting on spinning spacecraft is gravitational
in origin, it is not universal. That is, it must affect bodies in the 1000 kg
range more than bodies of planetary size by a factort 100 or more. This would
be a strange violation of the Equivalence Principle.

訳：したがって、スピンする探査機に作用する異常な放射方向加速度が重力起源であるならば、それは普遍的ではない。すなわち、惑星サイズの天体よりも、1000キログラムオーダーの天体に対して100倍以上強く影響しなければならない。これは等価原理の奇妙な違反となる。

...なお、バイキングのデータは、前述の第2のコード（CHASMP）でも解析されている。

...記事の結論：この効果の原因は、現時点では完全な謎である。もちろん、このように微弱ではあるが完全に測定可能な効果が、双子物質（gémellaire）の反発的効果によるものではないかと疑問を抱きたくなる。双子物質はあらゆるスケールで、物質が存在しない場所へ浸透する傾向がある。私のモデルによれば、「星間真空」は（私たちの宇宙に隣接する宇宙において）、非常に希薄化した物質の密度よりもはるかに高い双子物質の密度を含んでいる。体系的な研究、モデリング、コンピュータシミュレーションは、非常に優れた博士論文のテーマとなるだろう。残念ながら、このような分野に踏み込む貧しい博士課程の学生は、研究者としてのキャリアが即座に、そして永久的に阻まれることになるだろう。

レミ・ショヴァンは、結論として役立つ一文の著者である：

...何かを始めようとするとき、すぐに自分に対して反対するものがある：

...........- 同じことをしている人々

...........- 反対のことをしている人々

...........- 何もしていない人々

余談：この異常な加速度効果が「宇宙定数効果」と関連しているのではないかと考えるかもしれない（記事では言及されていない詳細）。しかし、観測された効果は減速方向に働くため、「真空の引力」と呼ぶべきである。また、この効果は距離とともに増加するはずである。しかし、パイオニア探査機、少なくともそのうちの1機は、約60天文単位、すなわち太陽から1013メートルの距離にある。冥王星の（平均）軌道を50億キロメートル、すなわち5 x 1012メートルとすると、1972年に打ち上げられた最も古い探査機を含むこれらの探査機は、太陽系の直径の2倍の距離にあることがわかる。一方、黄道面外を宇宙へ登っていくユリシス探査機は、3億キロメートル、すなわち天王星軌道の1/10、または冥王星軌道の1/6の高さまでしか上昇していない。したがって、ユリシスは太陽にはるかに近い。しかし、ユリシスで観測された加速度異常は12 x 10-8 cm/s2であり、パイオニア探査機で検出された異常の1.4倍大きい。これは、「宇宙定数」の線を先験的に除外するように思われる。

...反発的な双子物質の環境に関連する効果についてはどうだろうか？ この観点では、物質と双子物質が互いに反発するため、一方が支配的な場所では他方は存在せず、その逆もまた然りである。私が示したスキームでは、双子物質の大きな凝集体は、宇宙の大規模構造（VLS）を構成する「巨大な空洞」の中心に位置する。物質は「接した石鹸の泡」を想起させる構造の近傍に配置され、銀河団は3つの膜の接合点となる。これらの「板」の中で：銀河は、グリュイエールチーズのような構造を持つ温かい双子物質の環境に浸っており、銀河は空洞の中に巣くっている。しかし、これらはすべて模式的である。双子物質は、可能な限りあらゆる場所に浸透しようとする。銀河は物質の一様な分布ではない。恒星集団から見れば、銀河は巨大な空洞を埋める微小な物質の粒である。これらの空洞には、確かに星間ガスの雲がある。しかし、物質は遍在しているわけではない。物質が希薄な状態にある場所では、双子物質が浸透する。したがって、星間空間は低密度の双子物質を含んでいると想像できる。これは系への「閉じ込め」に寄与するが、その寄与は最小限である。太陽系は、重力に対しては、一次近似で点質量として表すことができる。それは太陽の質量、すなわち2 x 1030キログラムである。この質量に対して、惑星は小さな摂動源に過ぎない。したがって、もし双子物質の分布があるならば、それは一次近似においてほぼ球対称な分布を持つことになる。恒星間空間、太陽から遠く離れた場所では、この双子物質はほぼ一定の密度 r* を持ち、太陽に近づくにつれて低下する。この空洞が、閉じ込め効果を持ち、宇宙探査機を減速させる。この分布を数値シミュレーションを用いて評価し、そのような解釈が暦表の精度と両立するかどうかを確認する必要がある。

カウンター初期化日：2001年12月12日。閲覧数：