Süvakosmosesse lendamine toob kindlasti kaasa palju saladusi, mida me ei suuda väga pika aja jooksul lahendada. Ja see pole üllatav. Niipea kui Maa esimesed käskjalad hiiglaslike planeetide orbiidil ületasid, tekitas kosmos meile kohe probleemi. Ja selle lahendamiseks tehti isegi ettepanek parandada füüsikaseadusi.
Pioneerid
Ameerika kosmoseuuringute programmidel on alati olnud kõlavad nimed ja ambitsioonikad eesmärgid. Mercury programmi raames tegid ameeriklased oma esimesed mehitatud lennud ja lõid esimese astronaudikorpuse. Järgmise Kaksikute programmi käigus töötati välja kohtumis- ja orbiidile dokkimise meetodid. Mehitatud kosmoselendude kolmas programm oli kurikuulus Apollo programm. Selle eesmärk oli mehitatud lennud Kuule. Planeetidevahelise kosmose ja taevakehade uurimiseks käivitati aga programm Pioneer.
Oma missioonide osana saatis USA aastatel 1958–1978 kosmosesse mitu uurimist. Kosmoseaparaadid lendasid Päikese, Veenuse ja Kuu poole, uurisid meile lähenevaid komeete. "Pioneer-3" avastas Maa teise kiirgusvöö ja "Pioneer-7" osales Halley komeedi uurimisel. Täna on programmi kaks kosmoseaparaati hästi tuntud. Need on Pioneer-10 sondid (käivitati märtsis 1972) ja Pioneer-11 (aprill 1973), üks viimastest, mis käivitati.
Sond "Pioneer-10" monteerimisel
wikipedia.org
Reklaamvideo:
Hiljem käivitas NASA muid uurimisprogramme. Uute, täiustatud anduritega. Aastal 1977, juba Voyageri programmi raames, saadeti Voyager 1 ja Voyager 2 Päikesesüsteemi kaugetele planeetidele. Ja 2003. aastal käivitati programm New Frontiers, mille raames New Horizons, Juno ja OSIRIS-REx läksid kosmosesse. Kuid 50ndatel, kui programm alles algas, peeti selle seadmeid Ameerika Ühendriikides kosmose pioneerideks ja seetõttu hakati neid kutsuma "pioneerideks". Pioneer 10 ja Pioneer 11 olid esimesed kosmoseaparaadid, mis lendasid läbi peamise asteroidi vöö ja esimesed, kes uurisid Jupiteri lähedalt.
Pioneerid võisid esimestena päikesesüsteemist kaugemale jõuda, kuid 1998. aastal edestas kiirem Voyager 1 Pioneer 10, millel oli sellel päikesesüsteemi tuuril liidri kollane särk.
Anomaalia
Esmakordselt avastati sondi lennutrajektoori kõrvalekalle 1980ndatel. Selleks ajaks on sondid juba oma peamise ülesande täitnud. Pioneer 10 lendas Jupiteri lähedale 1973. aasta detsembris, täpsustades selle massi ja mõõtes selle magnetvälja. Pioneer 11 lähenes planeedile täpselt aasta hiljem: 1974. aasta detsembris. Pärast üksikasjalike piltide tegemist läks ta Saturnisse. 1979. aastal edastas seade pilte planeedist ja selle satelliidist Titan Maale.
Põhimissioon lõppes, kuid otsustati kasutada kosmoseaparaadi Pioneer-10 lennutrajektoori jälgimisel saadud andmeid Päikesesüsteemi kümnenda planeedi otsimiseks, nagu veel arvati. Ja nüüd on see üheksas (pärast meeleavaldust Pluutos). Kui trajektooris oleks kõrvalekalle, siis, nagu teadlased uskusid, oleks see veel avastamata planeedi raskusjõu tagajärg. Kõrvalekalle leiti, kuid selle anomaalia põhjus polnud kaugeltki Päikesesüsteemi servas asuv planeet. Mis aga kõige huvitavam, anomaalia leiti hiljem kahesondist.
Illustratsioon "Pioneeride" ja "Voyagerite" väljumisest Päikesesüsteemist
wikipedia.org
Tänapäeval sõidavad sõidukid eri suundades. Pioneer 10 liigub Linnutee serva suunas, Sõnni tähtkuju suunas. Selle kaksik seevastu on Galaktika keskpunkti suunas, Kilbi tähtkuju poole. Tuleb aru saada, et mõlemad sondid on nüüd vabalt lendu. Ainult varem saadud kiirendus ja välisjõud mõjutavad kosmoselaeva lendu. Jõud on gravitatsioonilised ja mittegravitatsioonilised.
Mittegravitatsiooniliste seas on näiteks päikesekiirguse rõhk, mis põhjustab Päikesest suunatud kiirendust. Ja Päikese raskusjõud, vastupidi, tõmbab sõidukeid tähe poole, põhjustades Päikese poole suunatud kiirenduse, see tähendab, et see aeglustab neid. Kõik jõud, mis võivad kosmoselaeva lendu mõjutada, arvutatakse ja võetakse arvesse. Välja arvatud üks. Üks tundmatu ja arusaamatu jõud tõmbab sondid tagasi. Just tema on pioneeride mõistatuse põhjuseks. Võimsus on tühine, kuid see on olemas. Viimased arvutused, mis on saadud 2002. aastaks, näitavad, et seletamatu negatiivse kiirenduse suurus on (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
See on tühine, kuid on juba viinud sõidukite kõrvalekaldumiseni arvutatud trajektoorist umbes 400 tuhande kilomeetri kaugusel. Näib, et sondid on lennanud miljardeid kilomeetreid. Pioneer-10-ga ühenduse kaotamise ajal (23. jaanuar 2003) asus see meist enam kui 12 miljardi kilomeetri kaugusel. Need on 82 astronoomilist ühikut, see tähendab 82 kaugust Maast Päikeseni. Side Pioneer-11-ga kadus 30. septembril 1995, seade oli juba Päikesest 6,5 miljardi kilomeetri kaugusel ehk 43 AU. e.
Ja mis on need sajad tuhanded võrreldes miljardite kilomeetritega? Kuid teaduse jaoks võivad need tähtsusetud väärtused olla suure tähtsusega. Kõrvalekalle normist, tavapärasest asjade mõistmisest, see tähendab, et kõrvalekalded võivad näidata midagi olulist, kuid siiski avastamata olemasolu. Pealegi astrofüüsikas.
Uraani liikumise anomaalia viis uue planeedi - Neptuuni avastamiseni. 1859. aastal avastatud elavhõbeda liikumise anomaaliat seletati alles Albert Einsteini üldise relatiivsusteooriaga, mille ta töötas välja 1915. aastal. "Pioneeride" anomaalia lahendus võib kaasaegse füüsika tagurpidi pöörata või vastupidi olla üsna triviaalne. Seetõttu kummitab see paljusid teadlasi.
Võib tekkida küsimus: kuidas arvutasid teadlased sõidukite kiiruse ja sellest tulenevalt kiirenduse? Sondid pole pikka aega vaatluseks kättesaadavad olnud. Ei Hubble ega ükski teine teleskoop näe meie juurest lendavaid sonde. Sondide kiiruse reguleerimine toimub raadiosignaali Doppleri sageduse nihke mõõtmise teel, mis saadetakse sondi suunas ja võetakse sealt tagasi. See põhineb samal Doppleri efektil, mida kasutatakse sõidukite kiiruse määramiseks. Efekt avaldus nn violetse nihke, raadiosignaali nihkena spektri lühilaine piirkonda, mis tähendab, et sondid hakkasid aeglustuma.
Aga kui me räägime efektist, mis võib mõjutada kahe sondi liikumist, siis võib see mõjutada ka teisi? Oleme juba öelnud, et pärast Pioneeri programmi oli teisigi. Kuid pioneerid lendavad pikka aega ilma täiendavate kursiparandusteta. Kuid tõukejõud korrigeerivad ikkagi teiste sondide lennutrajektoori ja orientatsiooni. Seetõttu ei ole võimalik efekti täpset mõõtmist, kui see on olemas.
Anomaalia võimalikud põhjused
Selle mõistatuse jaoks lahenduste otsimisele pühendatud aastate jooksul on esitatud palju eeldusi. Ja esimene neist on saadud tähelepanekute ja saadud andmete tõlgendamise vead. Kuid temast loobuti peaaegu kohe. Anomaalia omistati mitmesugustele põhjustele. Pidurdamine planeetidevahelisel keskkonnal (tolm, gaasipilved jne). Kuiperi vöö objektide gravitatsiooniline külgetõmme. Radioaktiivsete isotoopide generaatorites töövedelikuna kasutatav lekkiv gaas, näiteks heelium. Põhjust otsiti ka sondide kogunenud elektrilaengust põhjustatud elektromagnetilistes jõududes. Ja muidugi omistati sellele tumeaine või tumeda energia mõju. Mitte ilma ettepanekuteta olemasoleva füüsika parandamiseks. Varasemad eeldused andsid mõju mittegravitatsioonilise seletuse. Iisraeli füüsik Mordechai Milgrom pakkus 1983. aastal välja nn modifitseeritud Newtoni dünaamika teooria (MOND). Ta on näide alternatiivsest gravitatsiooniteooriast. MOND sõnul tuleb Newtoni mehaanikat korrigeerida, kui tegemist on äärmiselt madala kiirendusega liikuvate kehadega.
Tundub, et "Pioneeride" anomaalse kiirenduse põhjus on leitud. Kuid kõigepealt ütleme natuke seadmete disainist. Sondid on Maaga suhtlemiseks varustatud teadusinstrumentide ja 2,75-meetrise läbimõõduga parabooliantenniga. Kõik need seadmed vajasid toiteallikat. Vaata pioneeride ehitust. Kas näete selles satelliite tuttavaid päikesepaneele? Mitte. Kosmosesõidukite jaoks, mis uurivad Päikesesüsteemi kaugemaid planeete, pole päikesepaneelidel mõtet. Kosmosesse sügavamale liikudes väheneb päikesekiirguse intensiivsus. Päikese energiast ei piisa enam päikesepatareide tööks.
Seadme "Pioneer-10" skeem
wikipedia.org
Erinevalt meie süsteemi siseplaneetidele lendavatest sondidest on pardal paigaldatud plutoonium-238 kasutavad radioisotoopseid termoelektrilisi generaatoreid Jupiteri, Saturni ja teiste kaugete planeetide lendudele. Need ei ole tuumareaktorid. Nad töötavad teistmoodi. Radioisotoopide generaatorid kasutavad soojusenergiat, mis vabaneb radioaktiivsete isotoopide loodusliku lagunemise ajal, ja muundavad seda termoelektrilise generaatori abil elektrienergiaks. Plutoonium-238 on just selline radioaktiivne isotoop, mille lagunemine paneb sondide pardal olevad seadmed tööle. Igal sondil on neli generaatorit, mis kinnitatakse kahele kolmemeetrisele tugijalgrauale, aparaadi teadusinstrumentidest eemal.
Pioneeride anomaalia uurimiseks moodustati USA riikliku kosmoseagentuuri agentuuri reaktiivmootorite laboratooriumis uurimisrühm. Seda juhtis meie kaasmaalane, Moskva Riikliku Ülikooli füüsikaosakonna lõpetanud Vjatšeslav Turõšev. Teadlased suutsid luua matemaatilise mudeli, mis selgitab "Pioneeride" anomaalset kiirendust vähemalt 70%. Nende arvates on kogu mõte sondist eri suundades tulevates soojusvoogudes. Ja peamine soojusallikas on radioisotoopide generaatorid, mis tarnisid rongisisestele seadmetele energiat. Seadmete töötamisel tekkis soojus. Kuna instrumendid olid välja lülitatud, kulus sondide soojendamiseks üha enam energiat. Kuumus kiirgus kosmosesse. Eeldatava lennutrajektoori arvutamisel alahinnati soojuskiirguse tagasilöögi jõudu. Soojuskiirguse rõhk on aga ebaühtlane. Lennu ajal stabiliseeritakse sondid, pöörledes ümber pikitelje. Pikiteljega risti kiirgav soojus hajub kõigis suundades ühtlaselt ja see ei mõjuta sondide liikumist. Kuid telje kohal on ka kiirgus. Ja see kiirgub ebaühtlaselt. Arvutused on näidanud, et sõidukite liikumissuunas kiirgav soojusvoog annab suurema tulu kui vastassuunas liikuv, st ületab selle ja põhjustab pidurdamise.see tähendab, et see ületab selle ja põhjustab pärssivat toimet.see tähendab, et see ületab selle ja põhjustab pärssivat toimet.
Saateantenni tahavaade
nasa.org
Kuid mis on ülejäänud 30% põhjused? Võib-olla õnnestus Portugali plasma- ja tuumasünteesi instituudi füüsikutel leida seletus. Nad järgisid sama teed nagu Turyševi grupp. Kuid pöörasime suuremat tähelepanu sondide saateantennile, mis, meenutame, on peaaegu kolme meetri läbimõõduga. Tehes uued sondide matemaatilise mudeli põhjal arvutused, jõudsid nad järeldusele, et antenni tagaküljest peegelduv soojuskiirgus annab sama puuduva impulsi.
Noh, teadlasi kummitav mõistatus näib olevat lahendatud. Inimkond jätkab kosmose uurimist. Uute mõistatuste jaoks ja nende lahenduste põnevaks otsimiseks.
naturalphilosophy.org
Sergei Sobol
