Å fly inn i det dype rommet vil helt sikkert bringe mange mysterier, som vi ikke vil kunne løse på veldig lang tid. Og dette er ikke overraskende. Så snart de første budbringere på jorden passerte banene til de gigantiske planetene, ga verdensrommet oss umiddelbart et problem. Og for å løse det ble det til og med foreslått å rette fysikkens lover.
pionerer
Amerikas romfartsprogrammer har alltid hatt rungende navn og ambisiøse mål. Under Mercury-programmet foretok amerikanerne sine første bemannede flyreiser og opprettet det første astronautkorpset. I løpet av det neste Gemini-programmet ble det utarbeidet metoder for møte og dokking i bane. Det tredje programmet med bemannede romfartsflyvninger var det beryktede Apollo-programmet. Målet var bemannede flyreiser til månen. Men for studiet av interplanetarisk rom og himmellegemer ble Pioneer-programmet lansert.
Som en del av sine oppdrag sendte USA flere forskningsundersøkelser ut i verdensrommet mellom 1958 og 1978. Romfartøyet fløy til Solen, Venus og Månen, undersøkte kometer som nærmet oss. "Pioneer-3" oppdaget jordas andre strålingsbelte, og "Pioneer-7" deltok i studien av Halleys komet. I dag er to romskip av programmet godt kjent. Dette er Pioneer-10 (lansert i mars 1972) og Pioneer-11 (april 1973), en av de siste sonder som ble lansert.
Test "Pioneer-10" i prosessen med montering
wikipedia.org
Salgsfremmende video:
Senere lanserte NASA andre forskningsprogrammer. Med nye, mer avanserte sonder. I 1977, allerede innenfor rammen av Voyager-programmet, ble Voyager 1 og Voyager 2 sendt til de fjerne planetene i solsystemet. Og i 2003 ble New Frontiers-programmet lansert, der New Horizons, Juno og OSIRIS-REx gikk ut i verdensrommet. Men på 50-tallet, da programmet akkurat var i gang, ble enhetene i USA ansett som pionerer i verdensrommet, og derfor ble de kalt "Pionerer". Pioneer 10 og Pioneer 11 var det første romfartøyet som flyr gjennom Asteroid-beltet og de første som studerte Jupiter på nært hold.
Pionerene kunne ha vært de første som gikk utover solsystemet, men i 1998 overtok den raskere Voyager 1 Pioneer 10, som hadde den gule trøya fra lederen på denne turneen i solsystemet.
Anomaly
For første gang ble det oppdaget en anomali i sonderens flyvei på 1980-tallet. På dette tidspunktet har sonderne allerede fullført hovedoppdraget. Pioneer 10 fløy nær Jupiter i desember 1973, og spesifiserte massen og målte magnetfeltet. Pioneer 11 nærmet seg planeten nøyaktig ett år senere: i desember 1974. Etter å ha tatt detaljerte bilder, dro han til Saturn. I 1979 overførte enheten bilder av planeten og dens satellitt Titan til Jorden.
Hovedoppdraget ble avsluttet, men det ble besluttet å bruke dataene fra overvåking av flyveien til romfartøyet Pioneer-10 for å søke etter, som det fortsatt ble antatt, den tiende planeten i solsystemet. Og nå er det den niende (etter demosjonen i Pluto). Hvis det var et avvik i banen, ville dette, som forskere trodde, være en konsekvens av tyngdekraften til en uoppdaget planet. Avviket ble funnet, men årsaken til denne avviket var på ingen måte en planet i utkanten av solsystemet. Men det som er mest interessant, anomalien ble senere funnet i tvillingsonden.
Illustrasjon av avkjørselen til "Pionerer" og "Voyagers" utenfor solsystemet
wikipedia.org
I dag flyr kjøretøy i forskjellige retninger. Pioneer 10 beveger seg mot kanten av Melkeveien, i retning stjernebildet Tyren. Tvillinga derimot er mot sentrum av galaksen, mot stjernebildet av skjoldet. Det skal forstås at begge sonder nå er i fri flytur. Bare de tidligere oppnådde akselerasjonen og ytre krefter påvirker romfartøyets flukt. Krefter er gravitasjonsmessige og ikke-gravitasjonelle.
Blant de ikke-gravitasjonsmessige, for eksempel trykket fra solstråling, forårsaker akselerasjon rettet fra Solen. Og tyngden til Solen, tvert imot, trekker kjøretøyene mot stjernen, forårsaker en akselerasjon rettet mot Solen, det vil si at den bremser dem. Alle krefter som kan påvirke romfartøyets fly blir beregnet og tatt i betraktning. Bortsett fra en. En ukjent og uforståelig styrke trekker sonderne tilbake. Det er hun som er grunnen til pionererens gåte. Kraften er ubetydelig, men den er der. De siste beregningene, oppnådd innen 2002, indikerer at størrelsen på den uforklarlige negative akselerasjonen er (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Dette er ubetydelig, men har allerede ført til et avvik på kjøretøyene med omtrent 400 tusen kilometer fra den beregnede banen. Det ser ut til at sonderne har fløyet milliarder kilometer. På det tidspunktet tapet av kommunikasjon med "Pioneer-10" (23. januar 2003) var det mer enn 12 milliarder kilometer unna oss. Dette er 82 astronomiske enheter, det vil si 82 avstander fra Jorden til Solen. Kommunikasjonen med "Pioneer-11" gikk tapt 30. september 1995, enheten var allerede 6,5 milliarder kilometer fra Solen, eller 43 AU. e.
Og hva er disse hundretusener sammenlignet med milliarder av kilometer? Men for vitenskapen kan disse ubetydelige verdiene være av stor betydning. Avvik fra normen, fra vanlig forståelse av ting, det vil si anomalier kan indikere tilstedeværelsen av noe betydelig, men likevel uoppdaget. Videre innen astrofysikk.
En anomali i bevegelsen av Uranus førte til oppdagelsen av en ny planet - Neptun. Anomalien i bevegelsen til Merkur, oppdaget i 1859, ble bare forklart av Albert Einsteins generelle relativitetsteori, som han utviklet i 1915. Løsningen på "Pioneerers" anomali kan gjøre moderne fysikk opp ned eller omvendt være ganske triviell. Dette er grunnen til at det hjemsøker mange forskere.
Spørsmålet kan oppstå: hvordan beregnet forskere hastigheten og følgelig akselerasjonen av kjøretøyene? Prober har lenge vært utilgjengelige for observasjon. Verken Hubble eller noe annet teleskop vil kunne se sonder som flyr bort fra oss. Hastighetskontrollen av sonderne utføres ved å måle Doppler-frekvensskiftet til radiosignalet, som sendes i retningen til sonden og mottas tilbake fra det. Den er basert på den samme Doppler-effekten som ble brukt for å bestemme hastigheten på kjøretøyer. Effekten manifesterte seg i form av det såkalte fiolette skiftet, skiftet av radiosignalet til kortbølgeregionen i spekteret, noe som betyr at sonderne begynte å avta.
Men hvis vi snakker om en effekt som kan påvirke bevegelsen av to sonder, kan det også påvirke andre? Vi har allerede sagt at det var andre etter Pioneer-programmet. Men pionerene er på flukt uten ytterligere kurskorreksjoner i lang tid. Men flystien og orienteringen til andre sonder er fortsatt korrigert av skyvemaskinene. Derfor kan ikke nøyaktige målinger av effekten, om noen, gjøres.
Mulige årsaker til avviket
Gjennom årene som er viet til å finne løsninger på dette puslespillet, har mange forutsetninger blitt fremmet. Og den første er feil i observasjoner og tolkning av innhentede data. Men han ble forlatt nesten umiddelbart. Anomalien ble tilskrevet av forskjellige årsaker. Bremsing på det interplanetære mediet (støv, gassskyer osv.). Tyngdepunktet til Kuiper-belteobjekter. Lekkasjegass, som helium, brukt som arbeidsvæske i radioisotopgeneratorer. Årsaken ble også søkt i de elektromagnetiske kreftene forårsaket av sonderens akkumulerte elektriske ladning. Og selvfølgelig ble det tilskrevet påvirkning fra mørk materie eller mørk energi. Ikke uten forslag for å korrigere den eksisterende fysikken. Tidligere antakelser ga en ikke-gravitasjonsforklaring for effekten. I 1983 foreslo den israelske fysikeren Mordechai Milgrom den såkalte teorien om modifisert Newtonian dynamics (MOND). Hun er et eksempel på en alternativ teori om tyngdekraften. I følge MOND, når vi har å gjøre med legemer som beveger seg med ekstremt lav akselerasjon, må Newtonsk mekanikk korrigeres.
Imidlertid synes grunnen til den anomale akselerasjonen av "Pionerer" å ha blitt funnet. Men la oss først si litt om utformingen av enhetene. Probene er utstyrt med vitenskapelige instrumenter og en parabolantenn med en diameter på 2,75 meter for kommunikasjon med jorden. Alt dette utstyret trengte strømforsyning. Se på konstruksjonen av pionerene. Ser du solcellepaneler kjent for satellitter i det? Ikke. For romfartøy som utforsker de fjerne planetene i solsystemet, er det ingen vits i solcellepaneler. Når du beveger deg dypere ut i rommet, synker intensiteten til solstråling. Solens energi er ikke lenger tilstrekkelig for drift av solceller.
Diagram over apparatet "Pioneer-10"
wikipedia.org
I motsetning til sonder som flyr til de indre planetene i systemet vårt, er radioisotop termoelektriske generatorer som bruker plutonium-238 installert ombord for flyvninger til Jupiter, Saturn og andre fjerne planeter. Dette er ikke atomreaktorer. De jobber på en annen måte. Radioisotopgeneratorer bruker termisk energi, som frigjøres under det naturlige forfallet av radioaktive isotoper, og ved hjelp av en termoelektrisk generator, konverterer den til strøm. Plutonium-238 er nettopp en slik radioaktiv isotop, forfallet som driver utstyret ombord på sonderne. Hver sonde har fire generatorer, som er festet på to tre meter lange utriggerstenger, vekk fra apparatets vitenskapelige instrumenter.
Et forskerteam ble dannet ved Jet Propulsion Laboratory fra US National Aerospace Agency for å studere Pioneers anomali. Det ble ledet av vår landsmann, en utdannet ved fysikkavdelingen ved Moskva statsuniversitet Vyacheslav Turyshev. Forskerne var i stand til å bygge en matematisk modell som forklarer den anomale akselerasjonen til "Pioneers" minst 70%. Etter deres mening ligger hele poenget i varmefluksene som kommer fra sonden i forskjellige retninger. Og den viktigste varmekilden er radioisotopgeneratorer, som leverte energi til utstyret ombord. Det ble generert varme fra driften av instrumentene. Etter hvert som instrumentene ble slått av, ble det brukt mer og mer energi på å varme opp sonderne. Varme ble strålet ut i verdensrommet. Det var kraften i rekylen av termisk stråling som ble undervurdert ved beregningen av den estimerte flyveien. Imidlertid er varmestrålingen trykket ujevn. Under flukt stabiliseres probene ved å rotere rundt lengdeaksen. Varmen som er utstrålt vinkelrett på lengdeaksen avledes i alle retninger jevnt og påvirker ikke sondenes bevegelse. Men det er også stråling langs aksen. Og det stråler ujevnt. Beregninger har vist at varmefluxen som utstråler i kjøretøyets bevegelsesretning gir større avkastning enn den som går i motsatt retning, det vil si overmakter den og forårsaker effekten av bremsing.det vil si at den overmakter den og forårsaker en hemmende effekt.det vil si at den overmakter den og forårsaker en hemmende effekt.
Sett bakfra av den sendende antennen
nasa.org
Men hva er årsaken til de resterende 30%? Kanskje klarte fysikere fra det portugisiske instituttet for plasma og nukleær fusjon å finne en forklaring. De fulgte samme vei som Turysjevs gruppe. Men vi ga mer oppmerksomhet til senderantennen til sonderne, som vi husker at den har nesten tre meter i diameter. Etter å ha gjort nye beregninger basert på deres matematiske modell av sonderne, kom de frem til at den termiske strålingen som reflekteres fra baksiden av antennen gir den samme manglende impulsen.
Vel, mysteriet som hjemsøkte forskerne ser ut til å være løst. Menneskeheten fortsetter å utforske verdensrommet. For nye gåter og et spennende søk etter deres løsninger.
naturalphilosophy.org
Sergey Sobol
