Zborul în spațiul adânc va aduce cu siguranță multe mistere, pe care nu le vom putea rezolva în foarte mult timp. Și acest lucru nu este surprinzător. Imediat ce primii mesageri ai Pământului au trecut pe orbitele planetelor gigantice, spațiul ne-a dat imediat o problemă. Și pentru a o rezolva, s-a propus chiar corectarea legilor fizicii.
pionieri
Programele de explorare spațială din America au avut întotdeauna nume răsunătoare și obiective ambițioase. În cadrul programului Mercur, americanii și-au făcut primele zboruri cu echipaj și au creat primul corp de astronauți. Pe parcursul următorului program Gemeni, au fost elaborate metode de întâlnire și de andocare pe orbită. Al treilea program de zboruri spațiale cu echipaj a fost notoriosul program Apollo. Obiectivul său era zborurile către lună. Dar pentru studiul spațiului interplanetar și al corpurilor cerești, a fost lansat programul Pioneer.
Ca parte a misiunilor sale, Statele Unite au trimis mai multe sonde de cercetare în spațiu între 1958 și 1978. Navele spațiale au zburat către Soare, Venus și Lună, cercetând comete care se apropiau de noi. „Pioneer-3” a descoperit a doua centură de radiație a Pământului, iar „Pioneer-7” a participat la studiul cometei Halley. Astăzi, două nave spațiale ale programului sunt bine cunoscute. Este vorba despre sondele Pioneer-10 (lansate în martie 1972) și Pioneer-11 (aprilie 1973), una dintre ultimele lansate.
Sonda "Pioneer-10" în procesul de asamblare
wikipedia.org
Video promotional:
Ulterior, NASA a lansat alte programe de cercetare. Cu sonde noi, mai avansate. În 1977, deja în cadrul programului Voyager, Voyager 1 și Voyager 2 au fost trimise pe planetele îndepărtate ale sistemului solar. Și în 2003, a fost lansat programul New Frontiers, în cadrul căruia New Horizons, Juno și OSIRIS-REx au intrat în spațiu. Dar în anii 50, când programul abia a început, dispozitivele sale din Statele Unite au fost considerate pionieri ai spațiului și, prin urmare, au fost numiți „Pionieri”. Pioneer 10 și Pioneer 11 au fost primele nave spațiale care au zburat prin Centura Asteroidului Principal și primele care au studiat Jupiter la distanță apropiată.
Pionierii ar fi putut fi primii care au depășit sistemul solar, dar în 1998, cel mai rapid Voyager 1 l-a depășit pe Pioneer 10, care avea tricoul galben al liderului în acest tur al sistemului solar.
Anomalie
Pentru prima dată a fost descoperită o anomalie în calea de zbor a sondelor în anii '80. Până în acest moment, sondele și-au încheiat deja misiunea principală. Pioneer 10 a zburat aproape de Jupiter în decembrie 1973, specificându-și masa și măsurând câmpul său magnetic. Pionierul 11 s-a apropiat de planetă exact un an mai târziu: în decembrie 1974. După ce a făcut poze detaliate, s-a dus la Saturn. În 1979, dispozitivul a transmis imagini ale planetei și ale satelitului său Titan pe Pământ.
Misiunea principală s-a încheiat, dar s-a decis utilizarea datelor din monitorizarea traseului de zbor al navei spațiale Pioneer-10 pentru a căuta, așa cum încă se presupunea, a zecea planetă a sistemului solar. Și acum este al nouălea (după demiterea din Pluton). Dacă ar exista o abatere în traiectorie, atunci, așa cum credeau oamenii de știință, aceasta ar fi o consecință a gravitației unei planete nedescoperite. Abaterea a fost găsită, însă cauza acestei anomalii nu a fost în niciun caz o planetă la marginea sistemului solar. Dar, ceea ce este cel mai interesant, anomalia a fost găsită ulterior în sonda twin.
Ilustrația ieșirii „Pionierilor” și „Voyagerilor” în afara sistemului solar
wikipedia.org
Astăzi, vehiculele zboară în direcții diferite. Pionierul 10 se îndreaptă spre marginea Căii Lactee, în direcția constelației Taur. Gemenul său, pe de altă parte, este spre centrul Galaxiei, spre constelația Scutului. Trebuie înțeles că ambele sonde sunt acum în zbor liber. Doar accelerațiile obținute anterior și forțele externe afectează zborul navei spațiale. Forțele sunt gravitaționale și non-gravitaționale.
Printre cele care nu sunt gravitaționale, de exemplu, presiunea radiației solare, care determină accelerații direcționate de la Soare. Și gravitatea Soarelui, dimpotrivă, trage vehiculele spre stea, provocând o accelerație îndreptată spre Soare, adică le încetinește. Toate forțele care pot afecta zborul navei spațiale sunt calculate și luate în considerare. Cu excepția unuia. O forță necunoscută și de neînțeles atrage sondele înapoi. Ea este cea care este motivul ghicitorii „Pionierilor”. Puterea este neglijabilă, dar este acolo. Ultimele calcule, obținute până în 2002, indică faptul că mărimea accelerației negative neexplicate este (8,74 ± 1,33) 10-10 m / s2.
Acest lucru este neglijabil, dar a dus deja la o abatere a vehiculelor cu aproximativ 400 de mii de kilometri de traiectoria calculată. S-ar părea că sondele au zburat miliarde de kilometri. În momentul pierderii comunicării cu „Pioneer-10” (23 ianuarie 2003), se afla la peste 12 miliarde de kilometri distanță de noi. Acestea sunt 82 de unități astronomice, adică 82 de distanțe de la Pământ la Soare. Comunicarea cu „Pioneer-11” a fost pierdută pe 30 septembrie 1995, dispozitivul fiind deja la o distanță de 6,5 miliarde de kilometri de Soare, sau 43 UA. e.
Și care sunt aceste sute de mii în comparație cu miliarde de kilometri? Dar pentru știință, aceste valori nesemnificative pot avea o importanță deosebită. Abaterea de la normă, de la înțelegerea obișnuită a lucrurilor, adică anomaliile pot indica prezența a ceva semnificativ, dar încă nedescoperit. Mai mult, în astrofizică.
O anomalie în mișcarea Uranus a dus la descoperirea unei noi planete - Neptun. Anomalia în mișcarea lui Mercur, descoperită în 1859, a fost explicată doar de teoria generală a relativității a lui Albert Einstein, pe care a dezvoltat-o în 1915. Soluția anomaliei „Pionierilor” poate întoarce fizica modernă cu capul în jos sau, dimpotrivă, să fie destul de banală. Acesta este motivul pentru care îi bântuie pe mulți oameni de știință.
Se poate pune întrebarea: cum au calculat oamenii de știință viteza și, în consecință, accelerarea vehiculelor? Sondele au fost îndelungate indisponibile pentru observare. Nici Hubble, nici un alt telescop nu vor putea vedea sondele care zboară departe de noi. Controlul vitezei sondelor se realizează prin măsurarea deplasării frecvenței Doppler a semnalului radio, care este trimis în direcția sondei și primit de la aceasta înapoi. Se bazează pe același efect Doppler utilizat pentru a determina viteza vehiculelor. Efectul s-a manifestat sub forma așa-numitei deplasări violete, deplasarea semnalului radio către regiunea cu undă scurtă a spectrului, ceea ce înseamnă că sondele au început să încetinească.
Dar dacă vorbim despre un efect care poate afecta mișcarea a două sonde, atunci poate afecta și altele? Am spus deja că au fost altele după programul Pioneer. Dar Pionierii sunt în zbor fără corecții suplimentare de curs pentru o lungă perioadă de timp. Dar calea de zbor și orientarea altor sonde sunt încă corectate de propulsoare. Prin urmare, nu pot fi făcute măsurători exacte ale efectului.
Posibile cauze ale anomaliei
De-a lungul anilor consacrați găsirii de soluții la acest puzzle, au fost prezentate multe ipoteze. Și prima este erorile în observații și interpretarea datelor obținute. Dar a fost abandonat aproape imediat. Anomalia a fost atribuită din diverse motive. Frânarea pe mediul interplanetar (praf, nori de gaz etc.). Atracția gravitațională a obiectelor centurii Kuiper. Gazul care scurge, cum ar fi heliul, utilizat ca fluid de lucru în generatoarele de radioizotopi. Motivul a fost căutat și în forțele electromagnetice cauzate de încărcarea electrică acumulată a sondelor. Și, desigur, i s-a atribuit influența materiei întunecate sau a energiei întunecate. Nu fără sugestii pentru corectarea fizicii existente. Ipotezele anterioare au oferit o explicație non-gravitațională pentru efect. În 1983, fizicianul israelian Mordechai Milgrom a propus așa-numita teorie a dinamicii newtoniene modificate (MOND). Ea este un exemplu de teorie alternativă a gravitației. Potrivit MOND, atunci când avem de-a face cu corpuri care se mișcă cu o accelerație extrem de scăzută, mecanica newtoniană trebuie corectată.
Cu toate acestea, motivul pentru accelerarea anomală a „pionierilor” pare să fi fost găsit. Dar mai întâi, să spunem puțin despre designul dispozitivelor. Sondele sunt echipate cu instrumente științifice și o antenă parabolică cu un diametru de 2,75 metri pentru comunicarea cu Pământul. Toate aceste echipamente aveau nevoie de alimentare. Uită-te la construcția Pionierilor. Puteți vedea panouri solare familiare cu sateliții din el? Nu. Pentru navele spațiale care explorează planetele îndepărtate ale sistemului solar, nu există rost în panourile solare. Pe măsură ce vă deplasați mai adânc în spațiu, intensitatea radiației solare scade. Energia soarelui nu mai este suficientă pentru funcționarea celulelor solare.
Diagrama aparatului „Pioneer-10”
wikipedia.org
Spre deosebire de sondele care zboară către planetele interioare ale sistemului nostru, generatoarele termoelectrice radioizotopice care utilizează plutoniu-238 sunt instalate la bord pentru zborurile către Jupiter, Saturn și alte planete îndepărtate. Acestea nu sunt reactoare nucleare. Ei lucrează într-un mod diferit. Generatoarele de radioizotop folosesc energia termică, care este eliberată în timpul degradării naturale a izotopilor radioactivi și, folosind un generator termoelectric, o transformă în electricitate. Plutoniu-238 este doar un astfel de izotop radioactiv, a cărui degradare alimentează echipamentul la bordul sondelor. Fiecare sondă are patru generatoare, care sunt fixate pe două tije outrigger de trei metri, departe de instrumentele științifice ale aparatului.
O echipă de cercetare s-a format la Jet Propulsion Laborator al Agenției Naționale Aerospațiale a SUA pentru a studia anomalia Pionierilor. Acesta a fost condus de compatriotul nostru, un absolvent al departamentului de fizică al Universității de Stat din Moscova, Vyacheslav Turyshev. Cercetătorii au reușit să construiască un model matematic care să explice accelerația anomală a „Pionierilor” cel puțin 70%. În opinia lor, întregul punct este în fluxurile de căldură care provin de la sondă în direcții diferite. Și principala sursă de căldură sunt generatoarele de radioizotopi, care furnizau energie echipamentului de la bord. Căldura a fost generată din funcționarea instrumentelor. Pe măsură ce instrumentele au fost oprite, din ce în ce mai multă energie a fost cheltuită pentru încălzirea sondelor. Căldura a fost radiată în spațiu. Forța recuperării radiațiilor termice a fost subestimată la calcularea traseului de zbor estimat. Cu toate acestea, presiunea radiațiilor termice este inegală. În zbor, sondele sunt stabilizate prin rotirea în jurul axei longitudinale. Căldura radiată perpendicular pe axa longitudinală este disipată în toate direcțiile uniform și nu afectează mișcarea sondelor. Dar există și radiații de-a lungul axei. Și radiază inegal. Calculele au arătat că fluxul de căldură radiat în direcția de mișcare a vehiculelor dă un randament mai mare decât cel care merge în direcția opusă, adică îl suprasolicită și provoacă efectul frânării.adică îl depășește și provoacă un efect de inhibare.adică îl depășește și provoacă un efect de inhibare.
Vedere din spate a antenei de transmisie
nasa.org
Dar care este motivul pentru restul de 30%? Probabil că fizicienii de la Institutul portughez de plasmă și fuziune nucleară au reușit să găsească o explicație. Au urmat aceeași cale ca și grupul lui Turșev. Dar am acordat mai multă atenție antenei de transmisie a sondelor, care, amintim, are un diametru de aproape trei metri. După ce au făcut noi calcule pe baza modelului lor matematic al sondelor, au ajuns la concluzia că radiația termică reflectată din partea din spate a antenei dă același impuls lipsă.
Ei bine, misterul care a bântuit oamenii de știință pare a fi rezolvat. Umanitatea continuă să exploreze spațiul. Pentru puzzle-uri noi și o căutare interesantă a soluțiilor lor.
naturalphilosophy.org
Serghei Sobol
