При слежении за геостационарным спутником было обнаружено влияние равномерного движения Земли на аберрацию электромагнитных волн от источника, установленного на спутнике. При этом впервые были измерены параметры орбитального движения Земли без применения астрономических наблюдений за звездами. Среднегодовая скорость найденной орбитальной компоненты движения оказалась равной 29.4 км/сек, что практически совпадает с известным в астрономии значением орбитальной скорости Земли 29.765км/сек. Также были измерены параметры галактического движения Солнечной системы. Полученные значения равны: 270o - для прямого восхождения апекса Солнца (известное в астрономии значение 269.75o), 89.5o - для его склонения (в астрономии 51,5o, и 600 км/сек для скорости движения Солнечной системы. Тем самым доказано, что скорость равномерно движущейся лабораторной системы координат (в нашем случае Земли) реально может быть измерена при помощи устройства, в котором источник излучения и приемник находятся в состоянии покоя относительно друг друга и этой же системы координат. Это является основанием для пересмотра утверждения специальной теории относительности о независимости скорости света от движения наблюдателя.

Исторически опыты с распространением электромагнитного излучения наиболее часто служили ключевыми экспериментами для установления природы света и вещества. При этом их постановка была тесно связана с введением понятия некой гипотетической материальной среды с упругими свойствами (эфира), которая, как считали, была необходима для распространения света. Поэтому проблемы электродинамики в движущихся системах координат постоянно были в центре внимания в течение более 150 лет, когда безуспешно пытались обнаружить движение Земли относительно этой среды.

В настоящее время эти проблемы снова вызывают большой интерес. Это объясняется успехами в исследованиях свойств физического вакуума, который нельзя теперь рассматривать только как пустоту. Его наличие подтверждается реальными эффектами, наблюдаемыми в физике, такими как нулевые колебания вакуума и его поляризация, а также рождение вещества (электронно-позитронная пара) при столкновении двух гамма-квантов в вакууме.

Хотя само наличие эфира теперь не оспаривается, эфирный ветер, по предположению вызываемый орбитальным движением Земли, до сих пор не был обнаружен экспериментально, несмотря на многочисленные попытки. В основном неудачи, как считают, были связаны с тем, что практически не учитывалось увлечение этой светонесущей среды движущимися в нем телами. Предполагалось, что в соответствии с гипотезой, предложенной Френелем и развитой позднее в работе (Лоренц, 1956), эфир находится в абсолютном покое и поэтому проходит свободно через любое движущееся в нем тело, в том числе и Землю. Как следствие этого должен иметь место эфирный ветер, скорость которого совпадает по величине с орбитальной скоростью Земли, но имеет противоположное направление. Это обстоятельство дало надежду обнаружить такое движение Земли путем измерения скорости света в двух противоположных направлениях. Наиболее известным из опытов по поиску эфирного ветра является ставший уже классическим опыт Майкельсона-Морли (Michelson, Morley, 1887), основанный на интерференции световых волн. Поскольку отрицательный результат этого опыта не удовлетворил ни Майкельсона, ни многих других физиков, он периодически повторялся при постоянном усовершенствовании техники измерений. [1]

Несмотря на то, что точность измерений была существенно увеличена по сравнению с первыми опытами, результат в основном оставался отрицательным. Однако отсутствие эфирного ветра не было совместимо с данными некоторых экспериментов. В частности, опыты Миллера (1921-1925), по мнению многих, дали положительный результат (Miller, 1926). Хотя полученный результат для скорости ветра (примерно 10 км/с) вызывал некоторое сомнение, сам факт смещения интерференционных полос из-за изменения ориентации прибора нельзя было игнорировать. Эксперимент был выполнен в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии, расположенной на высоте 1,86 км над уровнем моря, с целью проверки гипотезы Стокса (Stokes, 1845) о наличии переходного слоя эфира, увлеченного Землей в ее движении. В соответствии с этой гипотезой вблизи поверхности Земли эфирного ветра вообще не существует. Это могло бы служить объяснением отрицательного результата многих опытов, выполненных на уровне моря. Эксперимент был повторен позже, в том числе и на больших высотах. В эксперименте Майкельсона, Писа и Пирсона (Michelson, Pease, Pearson, 1929) (проведенного в 1926-1929 так же в обсерватории Маунт-Вильсон) результат Миллера был подтвержден, в других работах (Эфирный…, 1993; Conference…, 1928; Piccard, Stahel, 1926; Pease, 1930; Cedarholm, Bland, Havens at ol., 1958; Cedarholm, Townes, 1959) - опровергнут.

Во всех экспериментах с отрицательным результатом, которые проводились на больших высотах, увеличение точности обычно достигалось экранировкой всего прибора от внешних воздействий путем помещения его в термостат. Тем самым, не принималась во внимание сама возможность увлечения эфира измерительным прибором, то есть не учитывалась возможная экранировка эфирного ветра прибором. В результате эфир в термостате (Piccard, Stahel, 1926), в резонаторе, в мазере (Cedarholm, Bland, Havens at ol., 1958; Cederholm, Townes, 1959) мог находиться в покое по отношению к интерферометру, что и могло приводить к отрицательному результату при любой точности измерения. Следует подчеркнуть, что в опытах с положительным результатом (Miller, 1926; Michelson, Pease, Pearson, 1929) световые лучи экранировались картоном или стеклом, но не металлом, который имеет коэффициент увлечения близкий к единице. Таким образом, отсутствие однозначного вывода о наличии эфирного ветра во всех описанных выше опытах могло быть связано либо с малостью квадратичного эффекта, либо с невыполнением условий эксперимента, необходимых для его однозначной интерпретации: различная высота обсерватории, экранировка эфира и т.п. (Эфирный…, 1993; Штырков, 1988; Conference…, 1928; Piccard, Stahel, 1926; Pease, 1930; Cedarholm, Bland, Hawens at ol., 1958; Cedarholm, Townes, 1959).

После многих безуспешных попыток на конференции (Conference…, 1928), посвященной эксперименту Майкельсона–Морли, Г.А. Лоренц сказал: “…все попытки использования эффектов первого порядка по отношению скорости Земли к скорости света оказались бесплодными. Сюда относятся все случаи, когда астрономы и физики пытались выделить составляющую движения Земли в оптических и электрических явлениях. Все это вновь и вновь вело к признанию того, что движение Земли никогда не сможет быть обнаружено с помощью эффектов первого порядка. В этом мнении значительно утвердились, когда Эйнштейн просто постулировал, что результаты всех экспериментов, которые мы проводим в наших лабораториях, должны быть независимы от движения Земли, каковы бы не были точности наших измерений и порядок эффектов, которых мы могли бы достичь “ (в переводе В.А. Ацюковского, см. (Эфирный…, 1993)).

Однако недавно в работе (Штырков, 2005) во время слежения за поведением спутника на геостационарной орбите равномерное движение Земли было экспериментально обнаружено без привлечения астрономических наблюдений за звездами. Было доказано, что равномерное движение Земли проявляется в аберрации электромагнитных волн (эффект первого порядка), распространяющихся от источника излучения, который фиксирован относительно приемника и самой Земли, и это позволило непосредственно измерить параметры ее движения.

В настоящей работе более подробно исследована связь таких параметров движения Земли и Солнечной системы, как орбитальная и галактическая компоненты скорости, а также склонение и прямое восхождение апекса Солнца с аберрационными углами, измеряемыми во время такого эксперимента. [2]

Устройство состоит из источника излучения (геостационарный спутник) и приемника (антенна радиотелескопа с диаметром 11 м). Выбор спутника, работающего именно в геостационарном режиме, был обусловлен тем, что в такой ситуации относительная скорость источника и приемника равна нулю и их координаты (геоцентрическая долгота и широта спутника, геодезические координаты телескопа) остаются постоянными в течение долгого времени. С этой целью мы использовали спутник Intelsat704 (USSPACECOM Catalog No.23461) с восточной долготой 66о и малым наклонением (0.02о). Суточные регулярные наблюдения в режиме автоматического трекинга этого спутника проводились в Казани в разные даты в течение 1997 - 2000 гг. Для сравнения полученных экспериментальных данных с расчетными определялись положения спутника в определенные интересующие нас моменты времени при использовании алгоритма, описанного в Intelsat Earth Station Standards (IESS-412). Здесь вместо расчета всех физических эффектов, действующих на спутник, их сумма описывается тремя уравнениями с 11 параметрами, полученными в приближении метода наименьших квадратов. Такой набор параметров при использовании конкретного алгоритма дает такое же положение спутника, какое предсказывает точная программа. После генерации этих 11 эфемерид фирмой Intelsat для конкретных спутников и периодов времени информация о них еженедельно помещается на сайте http://www.intelsat.com. Используя эти эфемериды, предсказанные положения спутника 704 и известные координаты телескопа, мы рассчитывали геометрические азимут и высоту для интересующих нас дат и сравнивали их с наблюдаемыми значениями. Расчет проводился по программе Point-40, взятой с того же сайта, с окончательной корректировкой на атмосферную рефракцию.[3]

Обычно с целью устранения расхождений между измеряемым положением спутника и расчетным, вызванных, как считают, дрейфом при калибровке и другими аномалиями, изготовители при монтаже наземной станции поправляют индикаторы положения антенны. Поскольку автор ожидал, что хотя бы часть этих аномалий может быть вызвана влиянием движения Земли в пространстве, было решено не устранять их подобной коррекцией, Поэтому при вычислении мы использовали не поправленные координаты станции, которые мы независимо измеряли спутниковым навигатором GPS-38. Кроме того, чтобы нейтрализовать введенную так же при монтаже станции коррекцию шкалы времени, мы при каждом измерении независимо контролировали среднее время по Гринвичу (GMT)

Явление звездной аберрации (Bradley, 1728), открытое Брадлеем в 1728 году, в настоящее время широко используется в астрономии при наблюдениях звезд и планет. Поэтому нет необходимости здесь подробно обсуждать это явление. Отметим лишь, что принципиальными моментами являются следующие.

Предположив, что излучение от любого источника (не только от астрономических тел) должно испытывать такую аберрацию, угол которой зависит только от параметров движения наблюдателя, мы учитывали возможное влияние этого явления при наблюдении поведения спутников на их орбитах . [4]

Точки s и s’ соответствуют реальному положению спутника, вычисляемому геометрически, и его кажущемуся положению.

При этом наблюдатель (антенна) должен фиксировать не фактическое положение спутника в точке S, которое точно рассчитывается геометрически, а кажущееся - в точке S’. В связи с суточными и годовыми изменениями углов аберрации из-за движения Земли по орбите и ее вращения, кажущиеся координаты должны изменяться во времени, что, естественно, должно приводить к дополнительному изменению измеряемых наземной станцией углов (азимута и высоты спутника).

Кроме гравитации Земли спутники подвержены воздействию многих других сил (притяжение со стороны Солнца, Луны, других планет и пр.), которые лишь незначительно возмущают траектории их орбит. Для геостационарных спутников с малым наклонением главной возмущающей силой в течение суток является давление потока излучения от Солнца. Оно определяет малое суточное периодическое смещение спутника около точки равновесия, что приводит к реальному (рассчитываемому геометрически) изменению его координат - геоцентрической долготы и широты. К этим изменениям реальных координат спутника и должны добавляться вклады, обусловленные аберрацией, приводя к искажению реального положения спутника.

Чтобы найти поведение векторов всех компонент движения наблюдателя в пространстве, которое и определяет динамику изменения углов аберрации в течение года, необходимо отсчет времени производить от начала тропического года (00:00:00 по Гринвичу 23 сентября) против часовой стрелки от направления на точку весеннего равноденствия.[5]

Теперь для нахождения временного поведения этих вкладов рассмотрим геоцентрическую вращающуюся экваториальную систему координат (Земля) при конкретной ситуации, когда геостационарный спутник “висит” в плоскости нулевого меридиана и имеет нулевое наклонение орбиты, т.е. находится на оси Х. Здесь единичный вектор давления потока излучения от Солнца s изображен вместе с векторами движения с целью показать соотношение между реальным (геометрическим) и кажущимися (из-за аберрации) вкладами в изменение долготы и широты спутника.

Таким образом, совпадение измеренных в данном эксперименте параметров движения Земли со значениями, принятыми в наблюдательной астрономии, подтверждает достоверность полученных в данной работе результатов и позволяет сделать следующие выводы.

1. При слежении за спутниками наблюдается полная аберрация электромагнитных волн, распространяющихся от установленного на спутнике источника излучения, 20,5 угл.сек - такая же, как для астрономических объектов. Это доказывает, что явление аберрации основано на общих закономерностях распространения электромагнитной волны и движения наблюдателя и имеет место для излучения, испускаемого или отражаемого любым источником.

2. Скорость равномерно движущейся системы координат (в нашем случае ЗЕМЛИ) может быть реально измерена устройством, в котором источник излучения и приемник находятся в покое как относительно друг друга, так и самой системы координат. Этот факт является основанием для пересмотра утверждения специальной теории относительности о независимости скорости света от движения системы наблюдателя.[6]

1. Лоренц Г.А.. Теория электронов и ее применение к явлениям светового и теплового излучения // М.: Гостехтеориздат. 1956.

2. Штырков Е.И. К вопросу экспериментальной проверки некоторых положений электродинамики движущихся сред // Гравитация и теория относительности. Казань: КГУ. 1988. 26. С. 133-142.

3. Штырков Е. И. Измерение параметравленов движения Земли в эксперименте с геостационарным спутником // Fundamental Problems of Physics. III International Conference. Program &Abstracts. Kazan, 13-18 June 2005. P. 101-102.

4. Shtyrkov E., NPA Newsletter, 11, 3, 3, July 2005.

5. Шпитальная А.А. О пространственной несимметрии нестационарных процессов в Солнечной системе // Развитие методов астрономических исследований. М.-Л.: ВАГО АН СССР, 1979. С.538-542.

6. Шпитальная А.А., Заколдаев Ю.А., Ефимов А.А.. Проблема времени в геологии и звездной астрономии // Проблемы пространства и времени в современном естествознании. Серия “ Проблемы исследования Вселенной”. 1991. В. 15. С. 95.