카시니 우주선으로 검증한 방사성 붕괴 법칙의 거리 의존성

초록

카시니 탐사선에 탑재된 Pu‑238 기반 전기발전기의 전력 데이터를 이용해, 방사성 붕괴율이 태양과의 거리(R)에 따라 변한다는 가설을 시험하였다. 0.7 AU에서 1.6 AU까지의 궤도 구간에서 측정된 전력 감소는 순수한 지수법칙과 일치했으며, 1/R² 항에 대한 90 % 신뢰구간 상한은 0.84 × 10⁻⁴, 1/R 항에 대해서는 0.99 × 10⁻⁴으로 제한되었다.

상세 요약

본 연구는 지구 기반 실험에서 보고된 방사성 붕괴율의 미세한 변동이 태양-지구 거리와 상관관계가 있다는 주장에 대한 독립적인 검증을 목표로 한다. 카시니 우주선은 1997년부터 2004년까지 토성 탐사 전까지 태양을 중심으로 0.7 AU에서 1.6 AU 사이를 공전했으며, 이 기간 동안 238Pu를 연료로 하는 3개의 라디오아이소토프 열전기발전기(RTG)가 지속적으로 전력을 공급했다. RTG 전력은 Pu‑238의 알파 붕괴에 의해 발생하는 열을 전기로 변환한 것이므로, 전력 감소 곡선은 직접적으로 핵붕괴율을 반영한다.

데이터는 NASA가 공개한 월별 전력 출력값을 사용했으며, 온도, 전압 변동, 전자기 간섭 등 가능한 교란 요인은 사전 보정하였다. 기본 모델은 전통적인 지수감소식 P(t)=P₀ e^{−λt}에 추가적으로 거리 의존 항을 도입한 형태, 즉 P(t)=P₀ e^{−λt}