飛掠異常：那些經過地球時「莫名加速」的太空船

1990 年 12 月。一艘名叫伽利略號（Galileo）的 NASA 太空船俯衝向地球，從這顆行星身上「偷」走一點速度，再把自己甩向木星。教科書等級的標準操作，一切照計畫進行。

然後，噴射推進實驗室（JPL）的導航團隊坐下來，攤開追蹤數據——不對勁。伽利略號離開地球時，比軌道力學允許的速度快了大約每秒 3.92 毫米（Anderson 等人，《物理評論快報》，2008）。那速度差不多就是一隻蝸牛慢慢爬的程度。而就所有人所知，這在物理上根本不可能發生。

這一丁點多出來的速度，如今有了名字：飛掠異常（flyby anomaly）。三十多年來，它一直卡在「明擺著的小故障」和「新物理的線索」之間的灰色地帶，從來沒有人能徹底把它釘死。這是一個用毫米來度量的謎團故事。

我們究竟量到了什麼

「重力助推」（gravity assist），俗稱重力彈弓，是太空飛行中最稀鬆平常的把戲之一。探測器朝行星墜落，借走一點行星繞太陽運動的動能，再以比來時更快的速度甩出去。工程師能把這種交會算得精準到近乎荒謬的地步，因為背後撐著的物理——牛頓的重力，加上愛因斯坦那些微小的修正——是人類驗證得最徹底的科學之一。

所以當伽利略號「少算了一點」，這事就格外刺眼。預測本該準到那種程度。1990 年的這次掠過之後，科學家回頭翻找其他次地球飛掠，想看看會不會冒出同樣的指紋。2008 年，由 JPL 的 John D. Anderson 領軍的團隊，在同行評審期刊《物理評論快報》上發表了結果：一個沒人下訂單卻清清楚楚出現的速度變化模式（Anderson 等人，2008）。

數字都很小。但仔細看，因為其中有幾次，誤差範圍根本攔不住它們（維基百科整理的已發表飛掠數據）：

• 伽利略號，1990 年 12 月： +3.92 mm/s（比預測快）
• 伽利略號，1992 年 12 月： 約 −4.6 mm/s（這次反而變慢了）
• NEAR 探測器，1998 年 1 月： +13.46 mm/s，有紀錄以來最乾淨、最大的一次異常
• 卡西尼號，1999 年 8 月： 大約 −2 mm/s
• 羅塞塔號，2005 年 3 月： +1.82 mm/s

有兩件事讓人很難一揮手打發掉。第一，這些是實打實的殘差，躺在仔細校準過的無線電追蹤數據裡，不是餐巾紙上隨手算的。第二，NEAR 那個 13.46 mm/s 的數字，遠遠超出它自己標示的不確定度（大約 ±0.13 mm/s），「隨機巧合」這四個字根本蓋不住。那篇《物理評論快報》的論文把地球飛掠異常稱為「太空船追蹤中固有的一種真實效應」，同時也承認：它的來源不明。

接下來是最吊人胃口的部分。Anderson 的團隊注意到，這個異常似乎很在意幾何：它有多大、是讓探測器加速還是減速，竟然跟太空船進來和離開時所在的緯度連動。他們把這個規律濃縮成一條公式——速度的相對變化，取決於地球的自轉速率、地球半徑，以及進場角與出場角餘弦值的差（Anderson 等人，2008）。但有個關鍵的陷阱：這條公式只能描述。它不過是沿著舊數據描出來的一條曲線，從來沒有回答為什麼。

那道關不上的問題

故事到這裡，謎團不但沒解開，反而更深了。

如果飛掠異常真的是一條自然定律，那麼只要幾何條件對了，它每一次都該現身。事實是——它沒有。

把後來幾次飛掠丟進現代的追蹤技術和現代的重力模型裡，這效應基本上就消失了。信使號（MESSENGER）2005 年那次掠過地球，異常只有可憐的 0.02 mm/s。羅塞塔號 2007 年和 2009 年第二、第三次經過地球，也都沒測到任何有意義的東西——儘管 Anderson 自己的公式咬定它們該出現異常才對（多變量分析，arXiv 預印本，2017）。

然後，攤牌時刻來了。2013 年 10 月：NASA 的 朱諾號（Juno）在前往木星的途中掠過地球，所有人都盯緊了。事前，物理學家 Stephen Adler 就警告過：如果某些新物理的點子站得住腳，朱諾號應該會交出一個約 11.6 mm/s 的「大異常」。結果呢？朱諾號幾乎分毫不差地照著預測穿過了這次交會。測到的異常與零一致，大約是 0 ± 0.8 mm/s（Universe Today 報導；ESA 火箭科學部落格，2013）。這個安靜的「零結果」，把好幾個奇異的解釋一掃出局——包括那個令人發毛的想法：有一圈暗物質暈籠罩著地球，正在拉扯路過的探測器。

於是真正的謎題裂成了兩半。為什麼早期那幾次飛掠——伽利略號和 NEAR——會冒出乾淨利落、又剛好符合公式的異常？又為什麼後來那些測量上理應更精準的飛掠，卻什麼都測不到？也許早期那些訊號只是 1990 年代建模留下的鬼影，被新方法悄悄驅散了。也許真有一種微妙的效應，只在最近幾次飛掠從未碰上的條件下才會甦醒。無論是哪種，這樁案子至今仍未結案。

嫌疑犯名單

下面是幾個主流的解釋，從最無聊排到最瘋狂。沒有一個獲得證實。其中好幾個已經被那些「零結果」狠狠打了一拳。

無聊但很可能成立的一派（而且不少專家就站這邊）。 最有勝算的賭注是：早期那些異常壓根不是什麼真實物理，而只是建模與測量上的人為偽影。研究人員已經證明，只要餵給算式的地球重力場地圖太過粗糙，或是把無線電訊號穿過追蹤網路的方式弄錯了一點點，就能憑空造出好幾 mm/s 的速度誤差（朱諾號飛掠分析，arXiv，2013）。Adler 本人也不假裝它有多神祕。那些舊異常「可能只是單純的儀器誤差」，他對《Vice》這麼說，還補了一句，自己「並不認為裡頭有真正的物理」（Vice，2020）。而異常隨著追蹤技術越來越銳利就跟著淡去的方式，簡直跟這個說法吻合得太剛好了。

微妙的已知物理一派。 另一些研究者懷疑，元兇是某一小塊既有物理被處理錯了——比方說，一個沒被建進模型的相對論效應，像是參考系拖曳（地球的自轉真的會把它周圍的時空一起扭轉），或是無線電訊號的都卜勒位移在計算時被忽略掉的某個細節。都是有意思的線索。但到目前為止，沒有一條能乾淨俐落地套上每一次飛掠。

新物理一派（明說了，就是推測）。 少數幾位物理學家伸手去抓了一些真正古怪的點子。里斯本大學的 Mario Pinheiro 提出了一種「拓撲撓率電流」，一股從沒人認得的力；西班牙埃斯特雷馬杜拉大學的 Luis Acedo 則戳了戳那些透過撓率來彎曲時空的廣義相對論變體（Vice，2020）。連這些作者自己都坦白，這不過是在黑暗中試探性的開槍；而朱諾號那個平坦的結果，更讓最大膽的版本難以辯護。

飛掠異常之所以是個如此令人滿足的謎題，正在於它的「誠實」。沒有模糊的照片。沒有「我朋友的朋友說」的故事。只有幾個數字，躺在整個太空飛行史上記錄得最一絲不苟的航行日誌裡——這些數字大多和理論吻合，唯獨剩下那頑固的幾毫米每秒，到目前為止，就是拒絕被解釋。答案，也許早就寫在那些日誌的某一頁裡了。我們只是還讀不懂而已。

資料來源與延伸閱讀

• Anderson, J. D., et al. (2008). "Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth." Physical Review Letters 100, 091102. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008PhRvL.100i1102A
• "Fly-by anomaly." Wikipedia (data table of measured velocity changes and proposed explanations). https://en.wikipedia.org/wiki/Fly-by_anomaly
• Acedo, L., et al. (2017). "The flyby anomaly: A multivariate analysis approach" (preprint). arXiv:1701.05735. https://arxiv.org/pdf/1701.05735
• "Expected velocity anomaly for the Earth flyby of Juno spacecraft on October 9, 2013" (preprint). arXiv:1312.1139. https://arxiv.org/abs/1312.1139
• ESA Rocket Science blog (2013). "Tonight's Juno flyby may help unravel a cosmic mystery." https://blogs.esa.int/rocketscience/2013/10/09/tonights-juno-flyby-may-help-unravel-a-cosmic-mystery/
• Universe Today. "Juno Isn't Exactly Where it's Supposed To Be. The Flyby Anomaly is Back." https://www.universetoday.com/articles/juno-isnt-exactly-supposed-flyby-anomaly-back-happen
• Vice (2020). "A Bizarre Spacecraft 'Flyby Anomaly' Has Been Baffling Scientists for 30 Years." https://www.vice.com/en/article/a-bizarre-spacecraft-flyby-anomaly-has-been-baffling-scientists-for-30-years/
• IFLScience. "Flyby Anomaly: The Unexplained Phenomenon Affecting Several NASA Spacecraft." https://www.iflscience.com/flyby-anomaly-the-unexplained-phenomenon-affecting-several-nasa-spacecraft-76014