Научная тема: «ВЫСОКОТОЧНЫЕ МЕТОДЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ НАВИГАЦИИ, НЕБЕСНОЙ МЕХАНИКИ И АСТРОМЕТРИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПРОВЕРОК СОВРЕМЕННЫХ ТЕОРИЙ ГРАВИТАЦИИ»
Специальность: 01.03.01
Год: 2008
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Впервые предложен метод «регуляризации» базы ОИДБ, позволяющий ис­пользовать лазерно-метрологические измерения в целях компенсации виб­раций протяжённой базы, вариаций её длины и изменения инерциальной ориентации базового вектора, неизбежных при конечном времени интегри­рования сигнала в наблюдениях объектов малой звёздной величины.
  2. Впервые разработан новый аналитический метод «фазоров» в целях опреде­ления фазы, контрастности и амплитуды интерференционной картины при работе с полихроматическим светом. Продемонстрировано преимущество метода для вычисления фазы сигнала в мультиканальном режиме работы.
  3. Впервые разработана самосогласованная релятивистская теория локальных систем координат для решения задач навигации, небесной механики и астро­метрии. Предложен новый теоретико-полевой подход для описания движе­ния системы N тел в рамках метрических теорий гравитации.
  4. Установлены новые экспериментальные пределы на эффекты неэйнштей­новской гравитации. Так, при проведении исследований с использованием данных ЛДЛ любые нарушения ПЭ были ограничены на уровне Д[мG/мI]ПЭ= (-1.0 ± 1.4) х 1013. Любые нарушения сильного ПЭ (СПЭ) были ограничены на уровне А[мG /мI]спэ=(-2.0+2.0) х 10-13. Кроме того, определено значение пара­метра возможного нарушения СПЭ r= 4/3-y-3=(4.4±4.5) x 10-4 , значение па­раметра /3 было определено на уровне /3-1=(1.2+1.1)х10-4. Геодезическая пре­цессия, выраженная как относительное отклонение от значения ОТО, была измерена: /Сgp=-0.0019 + 0.0064. Был установлен новый предел на возможную временную зависимость гравитационной постоянной (dG/dt)/G=(4±9)x1013 в год. Результат интерпретирован как отсутствие локального (~1 а.е.) расшире­ния масштаба Солнечной системы.
  5. Впервые предложено создание ЛДЛ эксперимента нового поколения, вклю­чающее размещение на Луне усовершенствованных уголковых отражателей и компактных лазерных трансиверов с ошибкой по цели не более 1 мм.
  6. Впервые предложен и разработан новый эксперимент по лазерной дально-мерии Марса (ЛДМ) предполагающий достигнуть точности в 1 мм при изме­рениях расстояния Земля-Марс. Впервые было предложено проведение та­кого эксперимента в рамках отдельной космической экспедиции на Марс.
  7. Впервые предложены и разработаны принципиально новые гравитационные эксперименты космического базирования в целях существенного улучшения проверок ОТО в Солнечной системе. В частности, предложены проекты LATOR и BEACON, позволяющие измерить ППН параметр у с точностью в 10-9.
  8. Открытие нового физического эффекта ставшего известным как «Аномалия Пионеров». Суть эффекта, представляющего собою нарушение гравитаци­онного закона обратных квадратов, состоит в присутствии небольшого и по­стоянного во времени сдвига Доплеровской частоты, обнаруженного при об­работке данных КА Pioneer 10 и 11, полученных с расстояний 20-70 а.е. от Солнца. Этот аномальный сдвиг может быть объяснён постоянным и направ­ленным к Солнцу ускорением обоих КА с величиной аР = (8.74±1.33)х1010 м/с2. Впервые сформулирована стратегия и основные задачи исследований, а так­же проведены широкомасштабные междисциплинарные исследования обна­руженного эффекта, с целью установления природы найденного явления.
Список опубликованных работ
[1]. В.Г. Турышев, “Экспериментальные проверки общей теории относительно¬сти: текущее состояние дел и перспективы”, в печати, Успехи Физических Наук 178, XX (2008).

[2]. S.G. Turyshev, “Relativistic gravitational deflection of light and its impact on the modeling accuracy for the Space Interferometry Mission,” в печати, Письма в Астрономический Журнал, 34, XX (2008).

[3]. S.G. Turyshev, “Experimental Tests of General Relativity,” Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 58, 207-248 (2008).

[4]. S.G. Turyshev and M. Shao, “Laser Astrometric Test of Relativity: Science, Tech-nology, and Mission Design,” Intern. J. Mod. Phys. D16(12a), 2191-2203 (2007).

[5]. S.G. Turyshev and J.G. Williams, “Space-based tests of gravity with laser ranging,” Intern. J. Mod. Phys. D16(12a), 2165-2179 (2007).

[6]. S.G. Turyshev, U.E. Israelsson, M. Shao, N. Yu, A. Kusenko, E.L. Wright, C.W. F. Everitt, M. Kasevich, J.A. Lipa, J.C. Mester, R.D. Reasenberg, R.L. Walsworth, N. Ashby, H. Gould, and H.J. Paik, “Space-based research in fundamental physics and quantum technologies,” Intern. J. Mod. Phys. D16(12a), 1879-1925 (2007).

[7]. T.W. Murphy, K.L. Nordtvedt, S.G. Turyshev, “Reply to the Comment by Kopeikin on`The Gravitomagnetic Influence on Gyroscopes and on the Lunar Orbit.” Phys. Rev. Lett. 98, 229002 (2007).

[8]. S.G. Turyshev, M.M. Nieto, J.D. Anderson, “Lessons Learned from the Pioneers 10/11 for a Mission to Test the Pioneer Anomaly.” Adv.Space Res. 39(2), 291-296 (2007).

[9]. S.G. Turyshev, M. Shao, K.L. Nordtvedt, “Mission Design for the Laser Astromet-ric Test of Relativity Mission.” Adv. Space Res. 39(2), 297-304 (2007).

[10]. S.G. Turyshev, M. Shao, K. Nordtvedt, “Science, Technology and Mission Design for the Laser Astrometric Test Of Relativity Mission.” In “Lasers, Clocks and Drag-Free Control: Exploration of Relativistic Gravity in Space.” H. Dittus, C. Laem-merzahl, S.G. Turyshev, eds. (Springer Verlag), pp. 473-543 (2007).

[11]. T.W. Murphy, Jr., K.L. Nordtvedt, S.G. Turyshev, “The Gravitomagnetic Influence on Gyroscopes and on the Lunar Orbit.” Phys. Rev. Lett. 98, 071102 (2007).

[12]. J.G. Williams, S.G. Turyshev, and D.H. Boggs, “Reply to the Comment by Y.V. Du-min on “Progress in Lunar Laser Ranging Tests of Relativistic Gravity.” Phys. Rev. Lett. 98, 059002 (2007).

[13]. V.T. Toth and S. G. Turyshev, “The Pioneer Anomaly: seeking an explanation in newly recovered data.” Canadian J. Phys. 84(12), 1063-1087 (2006).

[14]. S.G. Turyshev, V.T. Toth, L.R. Kellogg, E.L. Lau, and K.J. Lee, “The Study of the Pi-oneer Anomaly: New Data and Objectives for New Investigation,” Int. J. Mod. Phys. D15(1), 1-55 (2006).

[15]. J.G. Williams, S.G. Turyshev, D.H. Boggs, J.T. Ratcliff, “LLR Science: Gravitational Physics, Lunar Interior and Geodesy.” Adv. Space Res. 37(1), 67-71 (2006).

[16]. S.G. Turyshev, M.M. Nieto, J.D. Anderson, “Study of the Pioneer anomaly: A problem set.” American J. Phys. 73(11), 1033-1044 (2005).

[17]. M.M. Nieto, S.G. Turyshev, J.D. Anderson, “Directly Measured Limit on the Inter-planetary Matter Density from Pioneer 10 and 11.” Phys. Lett. B613, 11-19 (2005).

[18]. S.G. Turyshev, M. Shao, and K. Nordtvedt, “Experimental Design for the LATOR Mission.” Intern. J. Mod. Phys. D13, 2035-2063 (2004).

[19]. J.G. Williams, S.G. Turyshev, D.H. Boggs, “Progress in Lunar Laser Ranging Tests of Relativistic Gravity.” Phys. Rev. Lett. 93, 261101 (2004).

[20]. S.G. Turyshev, M. Shao and K. Nordtvedt, “The Laser Astrometric Test of Relativi¬ty Mission.” Nucl. Phys. Proc. Suppl. 134, 171-178 (2004).

[21]. M.M Nieto and S.G. Turyshev, “Finding the Origin of the Pioneer Anomaly.” Class. Quant. Grav. 21, 4005-4023 (2004).

[22]. S.G. Turyshev, M. Shao and K. Nordtvedt, “The Laser Astrometric Test of Relativi¬ty (LATOR) Mission.” Class. Quant. Grav. 21, 2773-2799 (2004).

[23]. J.G. Williams, S.G. Turyshev, and T.W. Murphy, Jr., “Improving LLR Tests of Gravi-tational Theory.” Inter. J. Mod. Phys. D13(3), 567-582 (2004).

[24]. S.G. Turyshev, M. Shao, and K. Nordtvedt Jr., “New Concept for Testing General Relativity: The Laser Astrometric Test of Relativity (LATOR) Mission.” Astron. Nachr. 325(4), 267–277 (2004).

[25]. M. Milman, S.G. Turyshev, “Observational Model for Microarcsecond Astrome-try with the Space Interferometry Mission.” Optical Engineering 42(7), 1873-1883 (2003).

[26]. S.G. Turyshev, “Analytical Modeling of the White Light Fringe.” Applied Optics 42(1), 71-90 (2003).

[27]. J.D. Anderson, S.G. Turyshev and M.M. Nieto, “A Mission to Test the Pioneer Anomaly.” Intern. J. Mod. Phys. D11(10), 1545-1551 (2002).

[28]. J.D. Anderson, E.L. Lau, S.G. Turyshev, P.A. Laing and M.M. Nieto, “The Search for a Standard Explanation of the Pioneer Anomaly.” Intern. J. Mod. Phys. A17(14), 875-885 (2002).

[29]. M. Milman, J. Catanzarite, S.G. Turyshev, “The effect of wavenumber error on the computation of path-length delay in white-light interferometry.” Applied Op-tics 41(23), 4884-4890 (2002).

[30]. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, S.G. Turyshev, “Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 & 11.” Phys. Rev. D65, 082004. (2002).

[31]. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, S.G. Turyshev, “Reply to the Comment of E. M. Murphy on `Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration’.” Phys. Rev. Lett. 83(9), 1891-1891 (1999).

[32]. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, S.G. Turyshev, “Reply to the Comment of J. I. Katz on `Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration’.” Phys. Rev. Lett. 83(9), 1893-1893 (1999).

[33]. J.D. Anderson, P.A. Laing, E.L. Lau, A.S. Liu, M.M. Nieto, and S.G. Turyshev, “Indi-cation, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, for an Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration’.” Phys. Rev. Lett. 81(14), 2858-2861 (1998).

[34]. S.G. Turyshev, “Relativistic Navigation: A Theoretical Foundation.” JPL Publica¬tion # 96-13. Pasadena, CA. (July 15, 1996).

[35]. P.K. Silaev, S.G. Turyshev, “Are the singularities stable?´´ Gen. Rel. Grav. 29(4), 417-433 (1997).

[36]. J.D. Anderson, S.G. Turyshev, S.W. Asmar, A.S. Konopliv, T.P. Krisher, E.L. Lau, L. Maleki, J.D. Prestage, W.L. Sjogren, and M.K. Bird, “Radio Science Investigation on a Mercury Orbiter Mission.” Planetary & Space Sciences 45(1), 21-29 (1997).

[37]. S.G. Turyshev, “Black holes with regular horizons in Maxwell-scalar gravity.” Canad. J. Phys. 74(1-2), 17-28 (1996).

[38]. J.D. Anderson, M. Gross, K. Nordtvedt, and S.G. Turyshev, “The Solar Test of the Equivalence Principle.” Astrophys. J. 459(1), 365-370 (1996).

[39]. S.G. Turyshev, “New solution for dilaton-Maxwell gravity.” Gen.Rel.Grav. 27(9), 981-987 (1995).

[40]. J.G. Williams, S.G. Turyshev, D.H. Boggs, “Lunar Laser Ranging Tests of the Equiv-alence Principle with the Earth and Moon”. In proc. “Testing the Equivalence Principle on Ground and in Space,´´ C. Lämmerzahl, C.W.F. Everitt and R. Ruffini, eds., in print, Lect. Notes Phys., (2008) [arXiv:gr-qc/0507083].

[41]. S.G. Turyshev, B. Lane, M. Shao, A. Girerd, “A Search for New Physics with the BEACON Mission,” In Proc. “SPIE Astronomical Telescopes & Instrumentation: Synergies Between Ground & Space,” 23-26 June 2008, Marseilles, France. Paper #: 7010-71, SPIE Tracking #: AS08-AS04-137 (2008) arXiv:0711.0150 [gr-qc].

[42]. S.G. Turyshev, James G. Williams, Dale H. Boggs, and Thomas W. Murphy, Jr., “Lunar Laser Ranging Science: Recent Progress and Future Plans,” 2007 AGU Fall Meeting, 1--14 December 2007, San Francisco, CA, paper #P43C-01 (2007).

[43]. V.T. Toth, S.G. Turyshev, “Pioneer Anomaly: Evaluating Newly Recovered Data,” in Proc. “III Mexican Meting on Mathematical & Experimental Physics”, 10-14 Sept. 2007, El Colegio Nacional, Mexico D.F., Mexico, ed. A. Macias, C. Laem-merzahl, A. Camancho. AIP Conf. Proc. 977, 264-283 (Melville, New York, 2008).

[44]. S.G. Turyshev, M. Shao, K. Nordtvedt, “Optical Design for the Laser Astrometric Test Of Relativity.” “The XXII Texas Symposium on Relativistic Astrophysics,” Stanford University, Dec. 13-17, 2004, ed. P. Chen et al. SLAC-R-752, Stanford e-Conf #C041213, paper #0306: http://www.slac.stanford.edu/econf/C041213/

[45]. S.G. Turyshev, M.M. Nieto, J.D. Anderson, “A Route to Understanding of the Pio¬neer Anomaly.” “The XXII Texas Symposium on Relativistic Astrophysics,” Stan¬ford Univ., Dec. 13-17, 2004, ed. P. Chen et al. SLAC-R-752, Stanford e-Conf #C041213, paper #0310, see: http://www.slac.stanford.edu/econf/C041213/.

[46]. S.G. Turyshev, “Modeling the White Light Fringe.” Presented at SPIE 1998 Meet¬ing on “Interferometry in Space.” Waikoloa, HI 23-28 August 2002. In proc. of In-terferometry in Space, ed. by Michael Shao. SPIE Proceed. 4852, 855-866 (2003).

[47]. M. Milman and S.G. Turyshev, “Observational Model for the Space Interferome-try Mission.“ SPIE 2000 Meeting on “Interferometry in Optical Astronomy.” Mu-nich, Germany (27-30 March 2000). Eds. P.J. Lena, A. Quirrenbach, SPIE Proceed-ings [4006-99], 828-837 (2000).

[48]. S.G. Turyshev, “Relativistic Stellar Aberration Requirements for the Space Inter-ferometry Mission.” In “Working on the Fringe: An International Conference on Optical and IR Interferometry from Ground and Space.” S.C. Unwin, R.V. Stach-nick, eds. ASP Confer. Series 194 (1999). (San Francisco: ASP), p. 142-146.

[49]. S.G. Turyshev, J. D. Anderson, P. A. Laing, E. L. Lau, A. S. Liu, and M. M. Nieto, “The Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration of Pioneer 10 and 11.” In: “Gravitational Waves and Experimental Gravity, Proceedings of the XVII-Ith Workshop of the Rencontres de Moriond, Les Arcs, Savoi, France (January 23-30, 1999), ed. by J. Dumarchez and J. Tran Thanh Van (World Publishers, Hanoi-Vietnam, 2000), pp.481-486 (1999) [arXiv:gr-qc/9903024].

[50]. S.G. Turyshev, “Frames of Reference in Relativistic Celestial Mechanics.” In proc. of the VII-th Marcel Grossmann Meeting on General Relativity,” Stanford Univer¬sity, USA, 24-30 July, 1994, eds. R.T. Jantzen G.M.Keiser (World Scientific, Singa¬pore, 1996), pp.1527-1528 (1996).