Высокоточные методы релятивистской навигации, небесной механики и астрометрии и их применение для экспериментальных проверок современных теорий гравитации

• Автор: Турышев, Вячеслав Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 497 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Экспериментальные проверки общей теории относительности

1.1 Основы ОТО

1.1.1 Скалярно-тензорные теории гравитации

1.2 Параметризованный постньютоновский формализм

1.2.1 ППН-перенормированные дополнения ОТО

1.3 Поиски новых физических явлений за пределами ОТО

1.3.1 Теория струн/М-теория и тензорно-скалярные расширения ОТО

1.3.2 Наблюдательная мотивация для новых проверок ОТО

1.3.3 Модификация гравитации как альтернатива темной

энергии
1.3.4 Модели скалярного поля - кандидата на роль темной энергии
1.4 Поиски новой теории гравитации с помощью космических экспериментов
1.4.1 Проверки принципа эквивалентности
1.4.2 Поиск непостоянства гравитационной константы
1.5 Проверки гравитационного закона обратных квадратов
1.5.1 Проверки альтернативных теорий и теорий модифицированной гравитации
1.6 Выводы
2 Оптические интерферометры космического базирования
2.1 Оптический интерферометр космического базирования SIM
2.2 Регуляризация базы и механизм упреждающего обновления
2.2.1 Астрометрические измерения с SIM
2.2.2 Решение уравнений для вектора базы
2.2.3 Геометрическая интерпретация механизма упреждающего обновления

2.2.4 Логика механизма регуляризации базы
2.2.5 Модель внешней метрологической системы SIM
2.3 Аналитическая модель центральной белой полосы интерференционной картины
2.3.1 Моделирование наблюдаемых величин полихроматической интерференционной картины
2.3.2 Параметризация полихроматической интерференционной картины
2.3.3 Решение для полихроматических “фазоров” с шумом
2.3.4 Отфильтрованный свет: спектральные каналы с узким диапазоном
2.4 Влияние ошибки волнового числа на вычисление задержки распространения света при интерферометрии белового света
2.4.1 Фазовая ошибка, обусловленная ошибкой длины волны
2.4.2 Ошибка задержки из решения наименьших квадратов
2.4.3 Уменьшение чувствительности задержки к ошибке
в длине волны
2.5 Релятивистское гравитационное отклонение света и его влияние на точность модели для SIM
2.5.1 Вклад локальной гравитации в астрометрические измерения с SIM
2.5.2 Области наибольшего гравитационного влияния
для SIM
2.5.3 Отклонение света мультиполями более высокого порядка
2.6 Выводы
Теоретико-полевой метод построения систем координат
3.1 Теоретические основы релятивистской навигации
3.1.1 Введение и обзор
3.1.2 Задача релятивистских астрономических наблюдений178
3.1.3 Метрические теории гравитации и ППН формализм
3.1.4 Ограничения стандартного ППН формализма
3.1.5 Альтернативные методы построения собственной СО
3.2 Теоретико-полевое решение задачи N тел
3.2.1 Основные принципы нового метода
3.2.2 Принципы построения собственной СО
3.3 Системы отсчета в метрических теориях гравитации
3.3.1 Системы отсчета в общей теории относительности
3.3.2 Нахождение функций К,а и Q"
3.3.3 Нахождение функции Са

3.3.4 Уравнения движения массивных тел
3.3.5 Собственная СО гравитирущего тела
3.3.6 Релятивистские СО в метрических теориях гравитации
3.4 Улучшенные модели для проверок гравитации
3.4.1 Ферми-нормальные координаты
3.4.2 Собственная система отсчета для орбитальной станции
3.5 Выводы
4 Развитие методов лазерной дальнометрии Луны
4.1 Проверка релятивистской гравитации с использованием лазерной дальномерии Луны
4.1.1 Лазерная локация Луны: история и методика
4.1.2 Принцип Эквивалентности и система Земля-Луна
4.1.3 Существующие данные
4.1.4 Модель ЛДЛ наблюдений
4.1.5 Анализ данных
4.1.6 Новые результаты проверок ОТО методами ЛДЛ
4.2 Новое поколение экспериметов ЛДЛ
4.2.1 Ожидаемый вклад APOLLO в гравитационную физику
4.2.2 Разработка модели для ЛДЛ следующего поколения
4.2.3 Новые возможности усовершенствованной ЛДЛ
4.2.4 Технический подход и методология
4.3 Гравитационные эксперименты с лазерной локацией Марса
4.3.1 Предлагаемый эксперимент по лазерной локации Марса
4.3.2 ЛДМ: цели исследований и ожидаемая значимость
4.3.3 Технические подходы и методы
4.3.4 Существенные аспекты технической подготовки миссии
4.3.5 Важные технологические составляющие
4.4 Выводы
5 Новые гравитационные эксперименты космического базирования
5.1 LATOR - научные задачи, технологии и схема экспериментаЗЗО
5.1.1 Общая схема эксперимента LATOR
5.1.2 Интерферометрия в эксперименте LATOR
5.1.3 Введение в модель наблюдений LATOR
5.1.4 Астрометрические характеристики LATOR

Предложенные эксперименты предназначены для определения природы обнаруженной аномалии, изучению её свойств с точностью, по крайней мере, на три порядка лучше, чем величина самой аномалии. Такая миссия может стать прекрасной возможностью для демонстрации новых технологий в создании КА нового поколения, которые могли бы найти своё применение во многих областях фундаментальной физики и прикладных космических исследований.
В Заключении сформулированы основные результаты, полученные автором в диссертации.
Список основных публикаций автора по теме диссертации
1. В. Г. Турышев, “Экспериментальные проверки общей теории относительности: текущее состояние дел и перспективы”, в печати, Успехи Физических Наук 178, XX (2008), arXiv:0809.3730 [gr-qc].
2. В. Г. Турышев, “Релятивистское гравитационное отклонение света и его влияние на точность модели астрометрических измерений Космического интерферометра SIM”, в печати, Письма в Астрономический Журнал 35, XX (2009), arXiv:0809.1250 [gr-qc].
3. S. G. Turyshev, “Experimental Tests of General Relativity,” Annu. Rev. Nucl. Part, Sei. 58, 207-248 (2008).
4. S. G. Turyshev and M. Shao, “Laser Astrometric Test of Relativity: Science, Technology, h Mission Design,” Int. J. Mod. Phys. D 16(12a), 2191-2203 (2007).
5. S. G. Turyshev and J.G. Williams, “Space-based tests of gravity with laser ranging,” Intern. J. Mod. Phys. D 16(12a), 2165-2179 (2007).
6. S. G. Turyshev, U. E. Israelsson, M. Shao, N. Yu, A. Kusenko, E. L.