Letjeti u duboki svemir zasigurno će donijeti mnoge misterije, koje nećemo moći razriješiti u vrlo dugom vremenu. I to ne čudi. Čim su prvi glasnici Zemlje prošli kroz orbite divovskih planeta, svemir nam je odmah stvorio problem. A da bi se to riješilo, čak je predloženo ispravljanje zakona fizike.
pioniri
Američki svemirski programi oduvijek su imali odjeknuta imena i ambiciozne ciljeve. U okviru programa Merkur Amerikanci su izveli svoje prve letove i stvorili prvi korpus astronauta. Tijekom sljedećeg Gemini programa, razrađene su metode izvlačenja i pristajanja u orbiti. Treći program vođenih svemirskih letova bio je zloglasni program Apollo. Njegov je cilj bio let pomoću Mjeseca. No za proučavanje međuplanetarnog prostora i nebeskih tijela pokrenut je program Pioneer.
U sklopu svojih misija, Sjedinjene Države poslale su nekoliko istraživačkih sondi u svemir između 1958. i 1978. godine. Svemirska letjelica letjela je prema Suncu, Veneri i Mjesecu, istraživala komete koji nam se približavaju. "Pioneer-3" otkrio je drugi zračni pojas Zemlje, a "Pioneer-7" je sudjelovao u istraživanju Halleyeve komete. Danas su dobro poznate dvije svemirske letjelice programa. To su Pioneer-10 (lansiran u ožujku 1972) i Pioneer-11 (travanj 1973), jedna od posljednjih pokrenutih sondi.
Sonda "Pioneer-10" u postupku montaže
wikipedia.org
Promotivni video:
Kasnije je NASA pokrenula i druge istraživačke programe. S novim, naprednijim sobama. Godine 1977., već u okviru programa Voyager, Voyager 1 i Voyager 2 poslani su na udaljene planete Sunčevog sustava. A 2003. pokrenut je program New Frontiers, u okviru kojeg su New Horizons, Juno i OSIRIS-REx ušli u svemir. No 50-ih godina, kada je program tek počeo, njegovi su se uređaji u Sjedinjenim Državama smatrali pionirima prostora, pa su ih stoga nazvali „pioniri“. Pioneer 10 i Pioneer 11 bili su prva svemirska broda koja su prošla kroz Glavni asteroidni pojas i prva koja su proučavala Jupiter iz neposredne blizine.
Pioniri su mogli biti prvi koji su prešli Sunčev sustav, ali 1998. brži Voyager 1 pretekao je Pioneer 10 u kojem je imao žuti dres lidera na ovom turneji Sunčevog sustava.
Anomalija
Prvi put je anomalija u putu leta sondi otkrivena u 1980-ima. Do ovog trenutka sonde su već dovršavale svoju glavnu misiju. Pioneer 10 odletio je blizu Jupitera u prosincu 1973., specificirajući njegovu masu i mjereći njegovo magnetsko polje. Pioneer 11 približio se planetu tačno godinu dana kasnije: u prosincu 1974. Nakon detaljnih slika otišao je do Saturna. 1979. godine uređaj je na Zemlju prenio slike planeta i njegovog satelitskog Titana.
Glavna misija je završila, ali odlučeno je da se podaci pomoću praćenja puta leta svemirske letjelice Pioneer-10 potraže, kako se još pretpostavljalo, desetog planeta Sunčevog sustava. A sada je deveta (nakon demotacije u Plutonu). Ako bi došlo do odstupanja putanje, to bi, kako su vjerovali znanstvenici, bila posljedica gravitacije neotkrivenog planeta. Otkrivanje je pronađeno, ali uzrok ove anomalije nikako nije bio planet na rubu Sunčevog sustava. No, ono što je najzanimljivije, anomalija je naknadno pronađena u dvostrukoj sondi.
Ilustracija izlaska "Pionira" i "Vojagera" izvan Sunčevog sustava
wikipedia.org
Danas vozila lete u različitim smjerovima. Pioneer 10 kreće se prema rubu Mliječnog puta, u smjeru zviježđa Bik. Njezin blizanac, s druge strane, nalazi se prema središtu Galaksije, prema sazviježđu Štit. Treba shvatiti da su obje sonde sada u slobodnom letu. Samo prethodno postignuta ubrzanja i vanjske sile utječu na let svemirskih letjelica. Sile su gravitacijske i ne gravitacijske.
Na primjer, među ne gravitacijskim je pritisak sunčevog zračenja, koji uzrokuje ubrzanje usmjereno od Sunca. A gravitacija Sunca, naprotiv, vuče vozila prema zvijezdi, uzrokujući ubrzanje usmjereno prema Suncu, to jest, usporava ih. Sve sile koje mogu utjecati na let svemirskih letjelica izračunavaju se i uzimaju u obzir. Osim jednog. Jedna nepoznata i nerazumljiva sila povlači sonde natrag. Upravo ona je razlog za zagonetku Pioniri. Snaga je zanemariva, ali postoji. Posljednji izračuni, dobiveni do 2002. godine, pokazuju da je veličina neobjašnjivog negativnog ubrzanja (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
To je zanemarivo, ali već je dovelo do odstupanja vozila za oko 400 tisuća kilometara od izračunate putanje. Čini se da su sonde preletjele milijarde kilometara. U vrijeme gubitka komunikacije s "Pioneer-10" (23. siječnja 2003.) bio je udaljen više od 12 milijardi kilometara od nas. To su 82 astronomske jedinice, odnosno 82 udaljenosti od Zemlje do Sunca. Komunikacija s "Pioneer-11" izgubljena je 30. rujna 1995. godine, aparat se već nalazio na udaljenosti od 6,5 milijardi kilometara od Sunca, odnosno 43 AU. e.
I što je tih stotina tisuća u usporedbi s milijardama kilometara? Ali za znanost te beznačajne vrijednosti mogu biti od velike važnosti. Odstupanje od norme, od uobičajenog razumijevanja stvari, odnosno anomalije mogu ukazivati na prisutnost nečeg značajnog, ali još uvijek neotkrivenog. Štoviše, u astrofizici.
Anomalija u kretanju Urana dovela je do otkrića novog planeta - Neptuna. Anomaliju u kretanju Merkura, otkrivenu 1859. godine, objasnila je tek opća teorija relativnosti Alberta Einsteina koju je razvio 1915. godine. Rješenje anomalije „Pionira“može modernu fiziku okrenuti naopačke ili, obrnuto, biti trivijalno. Zbog toga progoni mnoge znanstvenike.
Postavlja se pitanje: kako su znanstvenici izračunali brzinu i, prema tome, ubrzanje vozila? Sonde su dugo bile nedostupne za promatranje. Ni Hubble, niti bilo koji drugi teleskop neće moći vidjeti sonde kako lete od nas. Kontrola brzine sonde provodi se mjerenjem doplerovskog frekvencijskog pomaka radio signala koji se šalje u smjeru sonde i prima od njega natrag. Temelji se na istom Doplerovom efektu koji se koristi za određivanje brzine vozila. Učinak se očitovao u obliku takozvanog ljubičastog pomaka, pomaka radio signala u područje kratkog vala spektra, što znači da su se sonde počele usporavati.
Ali ako govorimo o učinku koji može utjecati na kretanje dvije sonde, može li utjecati i na druge? Već smo rekli da je nakon programa Pioneer bilo i drugih. Ali Pioniri već duže vrijeme lete bez dodatnih korekcija tečaja. Ali stazu leta i orijentaciju ostalih sondi još uvijek podešavaju potisnici. Stoga se ne mogu izvršiti točna mjerenja učinka, ako ih ima.
Mogući uzroci anomalije
Tijekom godina posvećenih pronalaženju rješenja za ovu zagonetku iznesene su mnoge pretpostavke. A prvi su pogreške u opažanju i interpretaciji dobivenih podataka. Ali bio je napušten gotovo odmah. Anomalija je pripisivana raznim razlozima. Kočenje na međuplanetarnom mediju (prašina, plinski oblaci itd.). Gravitacijsko privlačenje predmeta iz Kuiperovog pojasa. Pusti plin, poput helija, koristi se kao radna tekućina u radioizotopskim generatorima. Razlog je tražen i u elektromagnetskim silama uzrokovanim akumuliranim električnim nabojem sondi. I, naravno, pripisano je utjecaju tamne materije ili tamne energije. Ne bez prijedloga za ispravljanje postojeće fizike. Prethodne pretpostavke pružile su negravitacijsko objašnjenje učinka. Godine 1983. izraelski fizičar Mordechai Milgrom predložio je takozvanu teoriju modificirane newtonske dinamike (MOND). Ona je primjer alternativne teorije gravitacije. Prema MOND-u, kada se bavimo tijelima koja se kreću s ekstremno malim ubrzanjem, Newtonovu mehaniku valja ispraviti.
Međutim, čini se da je razlog za anonimno ubrzanje "Pionira" pronađen. Ali prvo, recimo malo o dizajnu uređaja. Sonde su opremljene znanstvenim instrumentima i paraboličnom antenom promjera 2,75 metara za komunikaciju sa Zemljom. Sva ova oprema trebala je napajanje. Pogledajte konstrukciju Pionira. Vidite li solarne ploče poznate po satelitima? Ne. Za svemirske letjelice koje istražuju daleke planete Sunčevog sustava, nema nikakve solarne ploče. Kako se krećete dublje u svemir, intenzitet sunčevog zračenja opada. Energija sunca više nije dovoljna za rad solarnih ćelija.
Dijagram uređaja "Pioneer-10"
wikipedia.org
Za razliku od sondi koje lete na unutarnje planete našeg sustava, radioizotopski termoelektrični generatori koji koriste plutonijum-238 instalirani su na brodu za letove do Jupitera, Saturna i drugih udaljenih planeta. To nisu nuklearni reaktori. Oni djeluju na drugačiji način. Radioizotopski generatori koriste toplinsku energiju koja se oslobađa tijekom prirodnog raspada radioaktivnih izotopa i pomoću termoelektričnog generatora pretvaraju ga u električnu energiju. Pluton-238 je upravo takav radioaktivni izotop, čija raspada pušta opremu na brodovima. Svaka sonda ima četiri generatora, koja su fiksirana na dvije trometrske ispružne šipke, udaljene od znanstvenih instrumenata uređaja.
U Laboratoriju za mlazni pogon američke Nacionalne zrakoplovne agencije formiran je istraživački tim koji je proučavao Pionirsku anomaliju. Na čelu je bio naš sunarodnjak, diplomant Odjela za fiziku Moskovskog državnog sveučilišta Vyacheslav Turyshev. Istraživači su uspjeli izgraditi matematički model koji objašnjava anomalijsko ubrzanje „Pionira“barem 70%. Prema njihovom mišljenju, cijela poanta je u toplotnim tokovima koji dolaze iz sonde u različitim smjerovima. A glavni izvor topline su radioizotopski generatori koji su energiju ugrađivali u brodsku opremu. Toplina je dobivena tijekom rada instrumenata. Kako su instrumenti bili isključeni, sve više i više energije trošilo se za zagrijavanje sondi. Toplina je zračila u svemir. Snaga odstupanja toplinskog zračenja bila je podcijenjena prilikom izračuna procijenjene putanje leta. Međutim, tlak toplinskog zračenja je neujednačen. Tijekom leta sonde se stabiliziraju rotiranjem oko uzdužne osi. Toplina zračena okomito na uzdužnu os rasipa se u svim smjerovima jednoliko i ne utječe na kretanje sondi. Ali također postoji zračenje duž osi. I zrači neravnomjerno. Proračuni su pokazali da toplinski tok koji se emitira u smjeru kretanja vozila daje veći povrat od onog koji ide u suprotnom smjeru, odnosno, nadjačava ga i uzrokuje učinak kočenja.to jest, nadjačava ga i izaziva učinak inhibicije.to jest, nadjačava ga i izaziva učinak inhibicije.
Pogled sa stražnje strane na odašiljačku antenu
nasa.org
Ali što je razlog za preostalih 30%? Možda su fizičari s portugalskog Instituta za plazmu i nuklearnu fuziju uspjeli pronaći objašnjenje. Slijedili su isti put kao i Turyševa skupina. Ali više smo pozornosti posvetili odašiljačkoj anteni koja, podsjećamo, ima skoro tri metra promjera. Napravivši nove proračune na temelju njihovog matematičkog modela sonde, došli su do zaključka da toplinsko zračenje koje se odbija od stražnje strane antene daje isti nedostajući impuls.
Pa, čini se da je misterija koja je proganjala znanstvenike riješena. Čovječanstvo nastavlja istraživati svemir. Za nove zagonetke i uzbudljivo traženje njihovih rješenja.
naturalphilosophy.org
Sergej Sobol