先天的“印记”,广义相对论本身的一些测试吗?

文摘

我们调查的影响可能先天的“印记”广义相对论本身对卫星的影响/ spacecraft-based测试。我们处理一些执行或提出时滞在太阳引力场等实验。事实证明,广义相对论的“印记”的天文单位和太阳引力常数,到目前为止没有解决的执行spacecraft-based时滞测试,诱发的顺序的先天倾向在典型的太阳能系统测距实验旨在测量空间曲率PPN参数。太小一个数量级的关心表现卡西尼号的实验,但它会影响未来的计划或提议旨在达成一项测试在确定准确性。

1。介绍

几个太空的测试爱因斯坦的广义相对论(GTR)执行,或尝试,最近在或多或少地遵循一个“投机取巧”的方法,也就是说,通过适当的分析现有的数据集的人造卫星或星际飞船几乎总是制造和发射不同的原始目的(如卫星大地测量学、地球动力学,行星学,等等)。结果是卡西尼号无线电科学实验[基石1)导致约束PPN参数的偏差从其广义相对论价值的统一水平(2,3)通过测量影响电磁波的广义相对论时间延迟连接地球和卡西尼宇宙飞船在旅程上合土星时,也就是说,对齐和太阳的两侧。许多其他高精度天基测试,旨在达到精度水平一样高在决定,提出了4- - - - - -8]。事实上,一些理论场景预测偏离GTR在这一水平9- - - - - -12];看到最近的概述,例如,(13]。

在本文中,我们希望批判性讨论某些微妙的问题有关的一致性等数据分析解释真正的GTR的测试。节2我们大纲一般条款的问题。我们将搬到具体的例子3我们将处理Cassini-like测距实验(部分3所示。1)。部分4致力于的结论。

2。先验的“印记”的问题与迈凯轮在测试专用:总论

一般来说,在这样的测试从人造行星际探测器面临巨大的数据集对应的预测计算从给定的动态模型的运动的相对论效应进行测试是明确包括在内,与一个或多个求解参数占它估计最小二乘的方式以及许多其他的人GTR,而不是直接相关的。

至关重要的解释等数据分析GTR澄清是真正的测试数值模型的参数一直保持固定在一定的参考价值,也就是说,还没有解出,最初获得的。从测试的角度来看,它是不够的,结果postfit残差的直接观测到的数量在统计上兼容零处于较好水平;使用的标准数据简化程序的原始目标任务利用GTR测试认为可能不是有效的,原则上,执行一个真正公正的,真正的GTR的检查并不是一个“重复”。

事实上,如果太空任务的首要任务是,例如,与给定精度达到一定的天文目标,唯一重要的是这个目的是动态模型采用预测探测器的运动不够准确;这通常是定量评价通过检查postfit剩余工资的直接测量量,例如,或range-rates范围。参数如何取得了进入模型,即他们的先验值,并不重要;唯一重要的是由此产生的一组现有的观察很好的可观测残差最小化。

原则上,这种方法可能不是完全足够当数据分析的目的是测试一个引力理论GTR像在一个明确的,公正的,有条理的方式。在这种情况下,固定参数的方式的模型取得了,事实上,很重要。事实上,如果一个或更多的人以前从不同的数据获得不同的身体以这样一种方式,他们在某种程度上保留一个不可忽视的先验的“印记”同样的效果我们现在感兴趣,他们的使用可能偏见当前测试只是对期望的结果产生,例如,一个非常高的准确性确证。在这种情况下,它会更正确的使用,如果可能的话,这样的“印”参数值已获得独立的影响本身的存在,我们只是测试在目前的数据分析,即使这样的准确性的“怀疑”参数值不同是更糟。另外,如果,因为某些原因,这种“公正”值并不可用,如果可能的话,应该包括在列表中解的参数以及一个(s)占被测试的影响,以及由此产生的协方差矩阵应该检查检查它们之间的相关性。代价就可能是一个整体精度测试的不像以前那么高,但是我们会有更多的认识论一致的、可靠的和可信赖的测试(从某些积极的证据可能theirstatus改变)。

3所示。应用一些具体情况

3.1。卡西尼号无线电科学测试和其他提出的高精度空间测量

更明确,让我们看看卡西尼号无线电科学测试。在这种情况下,飞船前往土星的radiotechnical数据是由喷气推进实验室与一组动力学模型的运动和电磁波传播的方式出现回调PPN GTR-predicted值的参数解决了等参数,获得(2] 其他作者有(3]

现在,一个物理参数,当然,这种测试是重力参数的关键的太阳,这是相对论的来源延时测试。这不是估计(2,3),因此,其数值一直固定在喷气推进实验室的标准参考图德星历表使用。原则上,它确实包含一个先天的“印记”通过GTR本身同样的效果与卡西尼本身只是测试,特别是本身。事实上,的数值来自的固定值定义高斯常数(在网上看到http://ssd.jpl.nasa.gov/?constants)。 从天文单位的价值,而不是估计在卡西尼号的测试中, 通过 (这里我们将使用非盟天文单位的象征,像米计,而非盟将表示数值的m。)盟,事实上,获得通过结合雷达测距的水星,金星,火星,月球激光测距(利用光反射镜由阿波罗宇航员在月球表面留下的),和时间的信号从航天器返回轨道或接近太阳系中传递和对象(14];因此,它是不可忽视的影响,考虑到技术采用的精度水平,GTR本身,特别是进入PPN表达式的时间延迟和弯曲的电磁波。因此,存在,原则上,高精度的可能性卡西尼无线电科学测试的结果可能保留一个先验的“印记”GTR本身(和天文单位)。

让我们把我们的假设在测试通过一些具体的计算;为了清晰起见,我们将参考卡西尼号无线电科学测试,但任何的结论也可能被认为是有效的专门的任务。

经历的GTR延时电磁波传播从1点到2点 在哪里是太阳的史瓦西半径是牛顿引力常数,是太阳质量,光在真空中的传播速度,是日心距离坐标点1,以太阳为中心的坐标距离点2,点之间的距离是1和2。方程(6)是实际使用的表达式在喷气推进实验室的轨道计算程序(ODP)等分析星际行星和探针。为了定量评价水平的“印记”,GTR本身在天文单位的使用价值,让我们假设相当于地球到太阳距离的,让我们有所不同在0.38 au和1.5 au占内行星的范围;最大效应发生在上合,即当和(这里。 )。事实证明,年代,这当然不是可以忽略不计的顺序的准确性年代的光时间1 au实际上是测量(http://ssd.jpl.nasa.gov/?constants)。(公里的天文单位的价值是通过测量在给定时期地球之间的距离和目标体(行星或探测器轨道)乘以次往返旅行时间地球和反射回来的电磁波发送目标的身体,并面对距离,在非盟表示,地球和目标之间的身体在同一时代所预测的一些精确的动态星历表14]。)因此,星际的定量影响范围在太阳系内部的决心天文单位的订单 不容忽视的meter-level精度测量天文单位;因此,区分(5)对非盟和(7)的收益率 因此,我们得出结论,该技术采用的数值来确定天文单位和太阳的诱导一个先验的GTR的“印记”和,分别。

让我们将这一结果应用到太阳系中一个典型的无线电科学实验地球到太阳距离的固定。通过编写盟,表达在天文单位的距离,分化(6非盟和,(7)- (8)产生一个“印记”的顺序的影响 为万盟;事实证明,来自最大的贡献。(卡西尼号测试执行非盟(2]。)它太小了,一个数量级的执行卡西尼号无线电科学测试,但它应该考虑将来,更精确的实验的预期精度的顺序,在这个意义上先天的偏见偏差的GTR未来的决定从统一将一样大,甚至比人会影响测试,除非要么也会估计还有吗本身或独立获得的一个值将被采纳。

关于第一点,我们提到和从来没有估计这些解决方案中,除其他事项外,也非盟是安装;相反,他们是固定的(15- - - - - -19]。此外,Fienga et al。19]使用一种修改版的最新的行星的星历表,名为INPOP08d,他们一直固定盟和同时安装观察以及其他参数,但他们没有同时估计PPN参数,保持固定。相反,在本文中概述的目的将是重要的同时配合和非盟(或),检查在非盟(或协方差矩阵的相关性),。(最近,w . m . Folkner(私人通信作者,2010年3月)产生全球性的解决方案旨在专门检验广义相对论与最新版本的喷气推进实验室德星历表。在这,和非盟同时获得之间的相关性与非盟的)

关于最后一点,可能由一个可能的选择,原则上,使用图从测量获得的太阳引力红移 在一阶,GTR本身无关。(事实上,这取决于系数时空度规张量;只有PPN参数进入这个词的顺序目前,检测不到。)最新的红外测量氧三联体7772 - 7775,外推到太阳的肢体(20.),产生一个准确性的几个百分点的水平。项目提出了改善其与未来的任务(21,22];例如,使用磁过滤技术,由Cacciani et al。21),将允许达到的相对精度。不管怎样,必须指出提取测量引力红移也需要知识的太阳的半径,这是不确定的的水平。事实上,普遍接受的太阳半径的值是很长一段时间23] ,虽然目前还不清楚如何获取这种图;此外,没有误差棒被释放了。后续的观察太阳休乌等引起的模式频率。24]和Antia [25),使用数据从迈克耳逊多普勒成像(MDI)安装在太阳能和格林威治天文台(SOHO)卫星和全球振荡网络组(锣)网络;得出实际的太阳半径毫米小,事实上,估计休乌et al。24)是 工作的布朗和Christensen-Dalsgaard [26)的值 报告从地面高空观测站的太阳能直径监控活动;与艾伦约0.5毫米标准价值(23]。在中国人的工作和高夫(27我们发现,从SOHO / MDI频率数据模式的频率, 注意值由布朗和Christensen-Dalsgaard [26和中国人和高夫27是相互矛盾的,虽然在一个水平,估计休乌et al。24和布朗和Christensen-Dalsgaard26)是不一致的的水平。的模式和测量模式(24,27),相反,相互一致。顺便说一下,它可以指出,不同的最佳估计之间的差异大于相关联的错误;因此,作为一个保守的评估精度在知道太阳半径,我们将假设这些差异。

4所示。结论

我们调查的影响可能先天的“印记”GTR本身对卫星的影响/航天器数据分析专门设计来测试一些广义相对论预测。特别是,我们考虑了时滞的实验或提出了太阳的领域包括星际飞船。

关于时滞测试,天文单位的数值和太阳引力常数目前采用目前使用的星历表分析航天器的数据保留一个先天的GTR本身的“印记”的顺序和,分别。因此,偏见在典型的太阳系radioscience实验的顺序,这是一个数量级小于卡西尼号执行的准确性水平实验,但它将对未来计划的测试目标PPN参数的测量偏差从广义相对论的价值的水平。

为了真正的、明确的和公正的测试的不“tautologic”,它也需要估计怀疑参数也随着那些占相对论效应对他们感兴趣的或使用值获得独立于GTR本身。

引用

1. l . Iess g . Giampieri j·d·安德森和b . Bertotti“多普勒测量太阳引力偏转,”经典和量子重力,16卷,不。5,1487 - 1502年,1999页。视图:谷歌学术搜索
2. b . Bertotti l . Iess, p . Tortora“广义相对论的一个测试与卡西尼宇宙飞船使用无线电联系,“自然,卷425,不。6956年,第376 - 374页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. j·d·安德森·e·l·刘,g . Giampieri”PPN参数的测量$\gamma$无线电信号从刺卡西尼号太空船在X - ka波段,”相对论天体物理学报》22日德州研讨会美国加州斯坦福大学,斯坦福大学,2004年12月,eConf C041213, 0305。视图:谷歌学术搜索
4. W.-T。倪”,ASTROD ASTROD I-overview和进步,”国际现代物理学杂志》上,17卷,不。7,921 - 940年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 阿什比,p·本德,j·l·霍尔et al .,“测量重力使用畅行航天器和光学时钟延时,”美国天文学会的公告,41卷,p。893年,2009年。视图:谷歌学术搜索
6. d·霍布斯b·霍尔l . Lindegren f .雷森s Klioner和a . Butkevich”确定PPN伽马与盖亚的天体测量的核心解决方案,“美国天文学会的公告,41卷,p。891年,2009年。视图:谷歌学术搜索
7. s . g . Turyshev”测试的相对论引力空间:最近的进展和未来的发展方向,”美国天文学会的公告,41卷,p。887年,2009年。视图:谷歌学术搜索
8. a .米拉尼”的探测radioscience相对论模型实验中,“美国天文学会的公告,41卷,p。892年,2009年。视图:谷歌学术搜索
9. t . Damour和k . Nordtvedt”,广义相对论的宇宙吸引子tensor-scalar理论,“物理评论快报,卷70,不。15日,第2219 - 2217页,1993年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. t . Damour和k . Nordtvedt Tensor-scalar宇宙学模型和他们放松对广义相对论,”物理评论D,48卷,不。8,3436 - 3450年,1993页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索|MathSciNet
11. t . Damour和a . m . Polyakov”字符串扩张和最小耦合原理”,核物理B卷,423年,第558 - 532页,1994年。视图:谷歌学术搜索
12. t . Damour f .广场,g .对偶”dilaton失控,等效原理侵犯。”物理评论D文章ID 081601卷,89年,2002年。视图:谷歌学术搜索
13. s . g . Turyshev“广义相对论的实验测试,”核和粒子科学的年度审查58卷,第248 - 207页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. e·m·斯坦迪什,”天文单位现在,金星凌日的:新观点的太阳系和银河系,”国际天文学联合会学报》讨论会No.196艾德,d . w . Kurz,页163 - 179年,兰开夏郡,英国,2004年6月。视图:谷歌学术搜索
15. g . a . Krasinsky和v . a . Brumberg“世俗的天文单位的增加主要行星运动的分析,及其解释,“天体力学和动力天文学,卷90,不。3 - 4、267 - 288年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. e . v . Pitjeva”,高精密星历表planets-EPM一些天文常数和决心,”太阳能系统研究,39卷,不。3、176 - 186年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. a . Fienga h·芒什省、j·拉斯卡尔和m .加斯蒂内奥“INPOP06:一个新的数值行星历,”天文学和天体物理学,卷477,不。1,第327 - 315页,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. e . v . Pitjeva和e·m·斯坦迪什”三大小行星的质量的提案,moon-earth质量比和天文单位,“天体力学和动力天文学,卷103,不。4、365 - 372年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. a . Fienga j .拉斯卡尔·t·莫雷et al .,“INPOP08, 4 d行星历:从小行星和时间尺度计算欧洲航天局火星快车和金星快车的贡献,”天文学和天体物理学,卷507,不。3、1675 - 1686年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. j . c . Lopresto、c -施和a·k·皮尔斯“太阳引力红移的红外三重态氧,”天体物理学杂志》上,卷376,不。2、757 - 760年,1991页。视图:谷歌学术搜索
21. a . Cacciani r . Briguglio、f·马萨和p库”精确测量太阳引力红移,”天体力学和动力天文学,卷95,不。1 - 4、425 - 437年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. f . Berrilli m . Velli l·罗塞利et al .,“ADAHELI太阳能任务”第12届欧洲太阳能物理学报》会议2008年9月,德国弗莱堡。视图:谷歌学术搜索
23. c·w·艾伦,天体物理数量,阿斯隆出版社,伦敦,英国,1973年。
24. j .休乌a·g·Kosovichev p·r·古德和w·a . Dziembowski”决心的太阳从SOHO迈克耳逊多普勒成像地震半径,”天体物理学杂志》上,卷489,不。2,L197-L200, 1997页。视图:谷歌学术搜索
25. h . m . Antia“f-mode频率,估算出来的太阳半径”天文学和天体物理学,卷330,不。1,第340 - 336页,1998。视图:谷歌学术搜索
26. t·m·布朗和j . Christensen-Dalsgaard“准确测定太阳photospheric半径,”《天体物理学杂志》上1998年,卷500,p . L195。视图:谷歌学术搜索
27. m .中国人和d·o·高夫在太阳的半径的影响的不确定性反演的太阳能结构,”诉讼的SOHO 10 /龚2000车间:日光反射信号器,星震学在千禧年的黎明,页543 - 546,ESA的出版物,圣克鲁斯德特内里费,西班牙,2000年10月。视图:谷歌学术搜索

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