Źródło zdjęcia: NASA
W ekologii pionier to „gatunek osiedlający się w jałowym środowisku”. Wśród ludzi pionierzy „osiedlają się na nieznanym lub nieodebranym terytorium”. Wśród astrofili Pioneer był naszą pierwszą próbą zbadania układu słonecznego. Wygląda jednak na to, że bliźniacze pionierskie wysiłki NASA poczyniły mniej postępów w kierunku gwiazd niż oczekiwano, a pytanie brzmi „dlaczego?”.
Kiedy NASA projektuje, przyjmowane są założenia dotyczące środowiska operacyjnego jednostki. Początkowo NASA miała poważne obawy związane z wysłaniem dwóch sond Pioneer przez pas asteroid - w końcu do wszystkich tych dużych mogło dołączyć wiele małych!
Tymczasem NASA musi zaplanować ścieżkę lotu, aby zabrać statek tam, dokąd zmierza. W oparciu o trasę, ładunek misji i inne wymagania, należy zapewnić wystarczającą siłę ciągu, aby zapewnić wymagany wzrost. Dużym czynnikiem wpływającym na ciąg jest siła grawitacji - im więcej masz, tym więcej siły potrzebujesz.
Jedną z genialnych rzeczy w Pioneer 10 i 11 był wybór NASA, aby wyposażyć parę w dwustronną komunikację wrażliwą na zmiany dopplerowskie. Na podstawie przesunięć częstotliwości NASA może określić prędkość jednostki w stosunku do stacji odbiorczych na Ziemi. Korzystając z tych danych, NASA może dostosować pędniki, aby precyzyjnie dostroić trajektorie sondy do ich celów. (Oba statki poleciały Jowisza, podczas gdy Pioneer 11 minął Saturna.)
Dopóki sondy miały paliwo, kontrolerzy misji mogli regulować prędkości i trajektorie. Ale po wyczerpaniu paliwa para mogła robić postępy tylko w oparciu o bezwładność i pęd procy zapewniane przez Gazowego Olbrzyma.
To właśnie podczas lotu bezwładnego anomalie zaczęły pojawiać się w ruchach obu jednostek. Przesunięcia dopplerowskie wykazały nieoczekiwane spowolnienie tuż poza orbitą Urana. Na około 20 odległościach Ziemia-Słońce (jednostki astronomiczne - AU) NASA zaczęła widzieć „przesunięcie niebieskiego” w transmisjach sondujących. Para kontynuowała „śpiewanie bluesa”, przekraczając orbitę Neptuna 10 jednostek AU później. Dzisiaj sondy nie osiągnęły oczekiwanych lokalizacji o odległość większą od Ziemi do Księżyca…
Mnóstwo spekulacji na temat przyczyny niebieskiego przesunięcia. Same pionierzy 10 i 11 od dawna są wykluczone jako źródło. Większość myśli wskazuje na nieoczekiwany wzrost przyciągania grawitacyjnego w kierunku Słońca. Podczas przesyłania sygnałów z powrotem na Ziemię wiązki elektromagnetyczne statku „spadają” dalej do studni grawitacyjnej układu słonecznego i ta studnia jest w jakiś sposób „bardziej stroma”, niż kiedyś sądzono. Dziś para nie jest tak daleko w podróży zagranicznej, jak się spodziewano.
Pytanie brzmi: „Jakie jest źródło nieoczekiwanego wzrostu grawitacji wpływającego na sondy?”. Jedna odpowiedź leży w „ciemnej materii”. O dziwo, inna leży w „ciemnej energii” - przeciwnej sile do grawitacji we Wszechświecie. Trzeci dotyczy dziedziny „teorii strun” (dwa lokalne „brany” - odpowiednik lokalnych n-wymiarowych „płyt tektonicznych” - mogą przecinać się w naszym systemie). Jedna teoria dotyczy „siły przyciągania wstecznego” (z przeciwnej strony Układu Słonecznego przeciwnej do każdej sondy). Istnieje również możliwość, że para ma „słoneczne kwadrupolowe momenty” lub jest spowalniana przez niespodziewany materiał w Pasie Kuipera poza Uranem.
Ale jeśli chodzi o uporządkowanie sprawców, zwykle możemy skorzystać z porady inspektora Louie z filmu Casablanca: „Zaokrąglić zwykłych podejrzanych”.
Obie sondy znajdują się teraz w odległości ponad 70 jednostek AU od Słońca - ale nadal znajdują się w Pasie Kuipera Układu Słonecznego. Ich wzór opóźnienia sugeruje, że źródło anomalii jest szeroko rozpowszechnione i stałe. W artykule z 15 marca 2005 r. Zatytułowanym „Anomalia pionierska: siła grawitacji spowodowana pasem Kuipera”. Jose A. Diego i inni badacze z Institute of Astronomy z National Autonomous University of Mexico piszą: „… nie ma potrzeby odwoływania się do wszystkich ciemnych sił Wszechświata na początku, spróbuj najpierw wyjaśnić to zjawisko lokalnym, codziennym fizyki, a jeśli to nie wystarczy, użyj ciężkiego sprzętu. ”
A codzienna fizyka? Dlaczego oczywiście pas Kuipera! Ale nie do końca ten sam stary Pas Kuipera. Dla Jose i wsp. Pas Kuipera zaczyna się teraz około 10AU bliżej Słońca - tuż poza orbitą Urana - i ma grubość 1 AU. Zespół Kuiper Belt zyskał masę prawie dwukrotnie większą niż masa Ziemi - nieco mniej niż dziesięć razy pierwotnie zaproponowano. Ponadto ta masa jest tendencyjna w kierunku orbity Urana. Wzrost masy wynika z faktu, że pierwotne szacunki całkowitej masy pasa Kuipera oparto na małych rozmiarach cząstek. Uwzględniając lody o większym rozmiarze - wraz z gazami w swoim składzie, grupa uważa, że można uwzględnić wystarczającą masę, aby wyjaśnić, dlaczego spowolnienie sond i przesunięcie sygnałów nośnych.
Zespół mówi dalej: „… należy zauważyć, że pas wpłynie również na orbitę Neptuna…”. W rzeczywistości jakikolwiek wzrost masy w Pasie Kuipera spowodowałby, że Neptun kręciłby się nieco bliżej Słońca. Zespół szacuje, że środek masy planety przesunąłby się o 1,62 kilometra przy każdej pełnej rewolucji 164,8 terran lat.
„Promieniowy rozkład gęstości masy potrzebny do wyjaśnienia stałego przyspieszenia w kierunku Słońca zmierzonego przez statki kosmiczne Pioneer można wyjaśnić modelami formowania się Układu Słonecznego.” pisze zespół. Aby wyjaśnić większe stężenie masy wokół orbity Urana, dalej opisują „wewnętrzny transport materiału” w kierunku orbity Urana w czasie.
Innym potencjalnym źródłem nieoczekiwanego spowolnienia jest opór statku spowodowany przez stały strumień cząstek w pasie. W tym scenariuszu Pas Kuipera miałby również więcej materii, niż pierwotnie sądzono, ale materiał ten byłby równomiernie rozłożony (aby uwzględnić stałą stratę obserwowaną w pędzie każdej sondy).
Bez względu na to, jakie jest ostateczne źródło spowolnienia sondy, nie ma obawy, że - podobnie jak jej trzej pierwsi poprzednicy - para odwróci kurs i spali się w dowolnej atmosferze w pobliżu. Ci dwaj pionierzy są nadal przeznaczeni do „osiedlenia się na nieznanym lub nieodebranym terytorium” jako pierwsi wysłannicy ludzkości do gwiazd.
Wpisany przez Jeff Barbour
