5. Abhijit Biswas and Krishnan R. S. Mani, Relativistic celestial mechanics at sub-microarcsecond accuracy level

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Volume 32: Pages 298-306, 2019

 

Relativistic celestial mechanics at sub-microarcsecond accuracy level

 

Abhijit Biswas and Krishnan R. S. Mania)

 

Indian Association for the Cultivation of Science, 2A, Raja S. C. Mullick Road, Calcutta 700 032, India

 

Abstract: Einstein stated two dictums, so that more experimental facts can replace the previously adopted hypotheses and General Relativity (GR) can evolve to ‘grand aim’ or perfection. In absence of appropriate experimental facts during pre-CEREPAC (Century-long Experience of Relativity-related Experiments on Physics, Astronomy and Celestial-mechanics) era, Einstein found no ‘escape’ from the consequence of non-Euclidean geometry, while keeping all frames permissible based on contemporary knowledge. Bergmann also stated in 1968 that the ‘principle of general covariance’ has brought about serious complication in GR. During CEREPAC, relativists and mathematical-astronomers invariably identified the appropriate “nature’s preferred-frame”, which was later found essential for operation of conservation laws. Based on CEREPAC, replacing the experimentally unverifiable hypotheses with experimentally proven principles, and improving upon the GR-astronomers model (developed by JPL, USA, as an evolved-version of GR-conventional model) in two successive stages, GR was remodeled to what became evident as Evolved General Relativity (EGR), after it enabled the elimination of all earlier-adopted ‘ad-hoc’ methods or approaches, and of the problems, paradoxes and anomalies, associated with the applications of GR, during CEREPAC, and after it unraveled the “General-relativistic nature of speed-of-light (c)” which links the variable cr with Fr , the local Gravitational Red-Shift Factor (as stated by Einstein between 1911-1921). As a consequence of the space-age developments in numerical simulation and in the availability of precision observational data, it got proven that nature itself operates the conservation laws of energy, and of linear and angular momentums (both magnitudes and directions), with respect to the appropriate “nature’s preferred frame”; this provided sufficient reason for giving up the “relativity of all frames”, bringing back Euclidean geometry in EGR. Euclidean space in EGR enabled development of a Prototype of future Ephemerides, leading to five orders-of-magnitude improvement in accuracy of computation of precession of celestial orbits, using three independent methods; this methodology of Prototype Ephemeris and ‘three-methods-match’ can also be applied while remaining exclusively within the precincts of GR, by using one alternative mode of running the EGR program for planetary and Lunar orbits, by opting for GRTOPT=Y; this mode utilizes exclusively the GR equations instead of EGR equations; in fact, this mode is the GR-astronomers (modified) model that was really an intermediate stage of evolution (as mentioned above) between the GR-astronomers model and the EGR model. This model incorporates: 1) All good (and, experimentally proven) features from the three generations of GR models (Einstein’s original, Bergmann’s and Misner-Thorne-Wheeler or MTW), and 2) The ‘Nature-adopted real orbital model (as proven from comparison of the computed precession values at Micro-arcsecond {μas} level using the ‘three-methods-match’) for its Methodology for Conservation of Linear and Orbital Angular Momentums, in a polar coordinate system (r, θ, ϕ). This model computes: 1) Precession of celestial orbits at nearly the same accuracy as that done using the EGR model, and 2) About three digit more accurate (than reported by Folkner in 2014, from fitting LLR data with an updated lunar gravity field from the GRAIL mission, etc.) orbits of inner planets and the Moon.

 

Résumé: Einstein a énoncé deux principes, afin que davantage de faits expérimentaux puissent remplacer les hypothèses précédemment adoptées et que la relativité générale (GR) puisse évoluer vers un "objectif général" ou une perfection. En l'absence de faits expérimentaux appropriés pendant l'ère pré-CEREPAC (expérience séculaire d'expériences sur la physique, l'astronomie et la mécanique céleste liées à la relativité), Einstein ne trouva aucun moyen d'échapper aux conséquences de la géométrie non euclidienne, tout en conservant tous les cadres permis sur la base des connaissances contemporaines. Bergmann a également déclaré en 1968 que le ‘principe de covariance générale‘ avait entraîné de graves complications en matière de ressources génétiques. Au cours du CEREPAC, les relativistes et les astronomes mathématiciens ont invariablement identifié le ‘cadre privilégié de la nature‘ approprié, qui s’est ensuite révélé essentiel pour l’application des lois de conservation. Basé sur CEREPAC, remplaçant les hypothèses expérimentalement invérifiables par des principes éprouvés et améliorant le modèle GR-astronomes (développé par JPL, États-Unis, en tant que version évoluée du modèle GR-conventionnel) en deux étapes successives, GR a été remodelé. La relativité générale évoluée (EGR) est devenue évidente, car elle a permis l’élimination de toutes les méthodes ou approches ‘ad hoc‘ précédemment adoptées, ainsi que des problèmes, paradoxes et anomalies, associés aux applications des ressources génétiques, pendant et après le CEREPAC, elle a révélé la ‘nature relativiste générale de la vitesse de la lumière (c)‘ qui relie la variable cr à Fr, le facteur de décalage vers le rouge gravitationnel local (comme l'a déclaré Einstein entre 1911 et 1921). Conséquence des développements de la simulation numérique et de la disponibilité de données d’observation de précision datant de l’ère spatiale, il a été prouvé que la nature elle-même applique les lois de conservation de l’énergie, ainsi que des moments cinétiques et linéaires (à la fois le ‘cadre préféré de la nature‘ approprié; cela fournissait une raison suffisante pour abandonner la ‘relativité de toutes les images’, ramenant ainsi la géométrie euclidienne dans la EGR. L’espace euclidien dans la EGR a permis de mettre au point un prototype de futures éphémérides, ce qui a permis d’améliorer de cinq ordres de grandeur l’exactitude du calcul de la précession des orbites célestes, selon trois méthodes indépendantes; Cette méthodologie de prototypage Ephemeris et de «Three-Methods-Match» peut également être appliquée tout en restant exclusivement dans l’enceinte de GR, en utilisant un mode alternatif d’exécution du programme EGR pour les orbites planétaires et lunaires, en optant pour GRTOPT = Y; ce mode utilise exclusivement les équations GR au lieu des équations EGR; En fait, ce mode est en réalité le modèle GR-astronomers (modifié) qui était un stade intermédiaire d'évolution (comme mentionné ci-dessus) entre le modèle GR-astronomes et le modèle EGR. Ce modèle intègre: 1) Toutes les caractéristiques intéressantes (et testées expérimentalement) des trois générations de modèles GR (modèles d’Einstein, Bergmann et Misner-Thorne-Wheeler ou MTW), et 2) Le modèle orbital réel "adopté par la nature" (comme le prouve la comparaison des valeurs de précession calculées au niveau de la micro-arcseconde (μas) à l'aide de la méthode "trois méthodes") pour sa méthodologie de conservation des moments angulaires linéaire et orbital, dans un système de coordonnées polaires (r, θ, ϕ). Ce modèle calcule: 1) Précession des orbites célestes avec une précision presque identique à celle obtenue avec le modèle EGR, et 2) Environ trois chiffres plus précis (que ceux rapportés par Folkner en 2014, d'après l'ajustement des données LLR avec un champ de gravité lunaire mis à jour issu de la mission GRAIL, etc.) les orbites des planètes intérieures et la Lune.

 

Key words: General Relativity; Evolved General Relativity; Space Experiment; Precession; MicroArcsecond; Orbital Motion; Celestial mechanics; Ephemerides; Planets and Satellites; GRAIL mission.

 

Received April 13, 2019; Accepted: May 29, 2019; Published Online: June 25, 2019

 

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