Letenje v globok vesolje bo zagotovo prineslo številne skrivnosti, ki jih ne bomo mogli razrešiti v zelo dolgem času. In to ne preseneča. Takoj, ko so prvi glasniki Zemlje prešli orbite velikanskih planetov, nam je vesolje takoj povzročilo težavo. In da bi ga rešili, je bilo celo predlagano, da se popravijo zakoni fizike.
Pionirji
Ameriški vesoljski raziskovalni programi so imeli odmevna imena in ambiciozne cilje. V okviru programa Mercury so Američani opravili svoje prve letalske posadke in ustvarili prvi astronavtski korpus. V naslednjem programu Gemini so bili izoblikovani načini srečanja in pristajanja v orbiti. Tretji program vesoljskih poletov s posadko je bil zloglasni program Apollo. Njegov cilj so bili posadki do Lune. Toda za preučevanje medplanetarnega prostora in nebesnih teles se je začel program Pioneer.
V okviru svojih misij so ZDA med leti 1958 in 1978 v vesolje poslale več raziskovalnih sond. Vesoljska plovila so letela proti Soncu, Veneri in Luni, preiskovala komete, ki so se nam približali. "Pioneer-3" je odkril drugi sevalni pas Zemlje, "Pioneer-7" pa je sodeloval pri preučevanju Halleyjevega kometa. Danes sta dobro znani dve vesoljski ladji programa. To sta sondi Pioneer-10 (lansirana marca 1972) in Pioneer-11 (april 1973), ena zadnjih.
Sonda "Pioneer-10" v postopku montaže
wikipedia.org
Promocijski video:
Kasneje je NASA začela izvajati druge raziskovalne programe. Z novimi, naprednejšimi sondami. Leta 1977 so že v okviru programa Voyager Voyager 1 in Voyager 2 poslali na oddaljene planete osončja. In leta 2003 se je začel program New Frontiers, v okviru katerega so v vesolje zašli New Horizons, Juno in OSIRIS-REx. Toda v 50. letih, ko se je program šele začel, so njegove naprave v ZDA veljale za pionirje vesolja, zato so jih imenovali "pionirji". Pioneer 10 in Pioneer 11 sta bila prvo vesoljsko plovilo, ki je preletelo glavni pas asteroidov in prvo, ki je preučilo Jupiter na tesnem dosegu.
Pionirji bi lahko bili prvi, ki so presegli osončje, a je leta 1998 hitrejši Voyager 1 prehitel Pioneer 10, ki je imel rumeni dres vodilnega na tej turneji po sončnem sistemu.
Anomalnost
Prvič so odkrili nepravilnost na poti lete sonde v osemdesetih letih. Sonde so do tega časa že opravile svojo glavno nalogo. Pioneer 10 je decembra 1973 priletel blizu Jupitra in določil njegovo maso ter izmeril njegovo magnetno polje. Pioneer 11 se je planetu približal natanko leto kasneje: decembra 1974. Potem ko je podrobno fotografiral, je odšel v Saturn. Leta 1979 je naprava na Zemljo prenesla slike planeta in njegovega satelita Titana.
Glavna misija se je končala, vendar je bilo odločeno, da se uporabijo podatki za spremljanje poti letenja vesoljskega plovila Pioneer-10 za iskanje, kot je še veljalo, desetega planeta osončja. In zdaj je deveta (po selitvi v Pluton). Če bi prišlo do odklona na poti, bi bilo to, kot so znanstveniki verjeli, posledica gravitacije neodkritega planeta. Odkritje je bilo ugotovljeno, toda vzrok za to anomalijo nikakor ni bil planet na robu osončja. Toda, kar je najbolj zanimivo, je bila anomalija pozneje ugotovljena v dvojni sondi.
Ponazoritev izhoda "Pionirjev" in "Vojagerjev" zunaj osončja
wikipedia.org
Danes vozila letijo v različne smeri. Pionir 10 se pomika proti robu Mlečne poti v smeri ozvezdja Bik. Na drugi strani je njen dvojček proti središču Galaksije proti ozvezdju Ščita. Treba je razumeti, da sta obe sondi zdaj v prostem letu. Na polet vesoljskih plovil vplivajo le prej pridobljene pospeške in zunanje sile. Sile so gravitacijske in ne gravitacijske.
Med ne gravitacijskimi je na primer tlak sončnega sevanja, ki povzroča pospeške, usmerjene s Sonca. In gravitacija Sonca nasprotno vleče vozila proti zvezdi, kar povzroči pospešek, usmerjen proti Soncu, torej jih upočasni. Vse sile, ki lahko vplivajo na let vesoljskih plovil, se izračunajo in upoštevajo. Razen enega. Ena neznana in nerazumljiva sila vleče sonde nazaj. Prav ona je razlog za uganko "Pionirjev". Moč je zanemarljiva, vendar je tam. Zadnji izračuni, dobljeni do leta 2002, kažejo, da je velikost nepojasnjenega negativnega pospeška (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
To je zanemarljivo, vendar je že pripeljalo do odklona vozil za približno 400 tisoč kilometrov od izračunane poti. Zdi se, da sonde preletijo več milijard kilometrov. V času izgube komunikacije s "Pioneer-10" (23. januarja 2003) je bil od nas oddaljen več kot 12 milijard kilometrov. To je 82 astronomskih enot, torej 82 oddaljenost od Zemlje do Sonca. Komunikacija s "Pioneer-11" je bila izgubljena 30. septembra 1995, naprava je bila že oddaljena 6,5 milijarde kilometrov od Sonca, oziroma 43 AU. e.
In kaj je teh sto tisoč v primerjavi z milijardami kilometrov? Toda za znanost so lahko te nepomembne vrednosti velikega pomena. Odstopanje od norme, od običajnega razumevanja stvari, torej nepravilnosti, lahko kažejo na prisotnost nečesa pomembnega, a še vedno neodkritega. Še več, v astrofiziki.
Nepravilnost pri gibanju Urana je privedla do odkritja novega planeta - Neptuna. Anomalijo v gibanju Merkurja, ki so jo odkrili leta 1859, je pojasnila le splošna teorija relativnosti Alberta Einsteina, ki jo je razvil leta 1915. Rešitev »Pionirjev« anomalije lahko moderno fiziko obrne na glavo ali, nasprotno, precej nepomembno. Zaradi tega preganja številne znanstvenike.
Pojavi se lahko vprašanje: kako so znanstveniki izračunali hitrost in s tem pospeševanje vozil? Sonde že dolgo niso na voljo za opazovanje. Niti Hubble niti katerikoli drug teleskop ne bo mogel videti sond, ki letijo stran od nas. Nadzor hitrosti sond se izvaja z merjenjem dopplerskega frekvenčnega premika radijskega signala, ki se pošlje v smeri sonde in od njega prejme nazaj. Temelji na istem Dopplerjevem učinku, ki se uporablja za določanje hitrosti vozil. Učinek se je manifestiral v obliki tako imenovanega vijoličnega premika, premika radijskega signala v območje kratkega vala spektra, kar pomeni, da so se sonde začele upočasnjevati.
Če pa govorimo o učinku, ki lahko vpliva na gibanje dveh sond, potem lahko vpliva tudi na druge? Rekli smo že, da so bili po programu Pioneer tudi drugi. Toda Pionirji že dalj časa letijo brez dodatnih popravkov tečajev. Toda pot leta in usmerjenost drugih sond še vedno popravita potiska. Zato natančnih meritev učinka, če obstaja, ni mogoče opraviti.
Možni vzroki nepravilnosti
V letih, ki so bila posvečena iskanju rešitev te sestavljanke, se je pojavilo veliko domnev. Prva je napaka pri opazovanju in razlagi pridobljenih podatkov. A so ga skoraj takoj opustili. Anomalijo so pripisovali različnim razlogom. Zaviranje na medplanetarnem mediju (prah, plinski oblaki itd.). Gravitacijska privlačnost predmetov Kuiperjevega pasu. Tekoči plin, kot je helij, se uporablja kot delovna tekočina v radioizotopskih generatorjih. Razlog so iskali tudi v elektromagnetnih silah, ki jih povzroča nakopičen električni naboj sond. In seveda so ji pripisali vpliv temne snovi ali temne energije. Brez predlogov za popravljanje obstoječe fizike. Prejšnje predpostavke so ne gravitacijsko razložile učinek. Leta 1983 je izraelski fizik Mordechai Milgrom predlagal tako imenovano teorijo spremenjene newtonske dinamike (MOND). Je primer alternativne teorije gravitacije. Glede na MOND, ko imamo opravka s telesi, ki se gibljejo z izjemno majhnimi pospeški, je treba Newtonovo mehaniko popraviti.
Vendar pa se zdi, da je razlog za anonimno pospeševanje "Pionirjev" najden. Toda najprej povejmo nekaj o zasnovi naprav. Sonde so opremljene z znanstvenimi instrumenti in parabolično anteno s premerom 2,75 metra za komunikacijo z Zemljo. Vsa ta oprema je potrebovala napajanje. Poglejte gradnjo Pionirjev. Ali v njem vidite sončne panele, ki jih poznajo sateliti? Ne. Za vesoljska plovila, ki raziskujejo oddaljene planete osončja, sončne plošče nimajo smisla. Ko se premikate globlje v vesolje, se intenzivnost sončnega sevanja zmanjšuje. Sončeva energija ne zadošča več za delovanje sončnih celic.
Diagram naprave "Pioneer-10"
wikipedia.org
Za razliko od sond, ki letijo na notranje planete našega sistema, so radioizotopski termoelektrični generatorji, ki uporabljajo plutonij-238, nameščeni na krovu za lete na Jupiter, Saturn in druge oddaljene planete. To niso jedrski reaktorji. Delujejo na drugačen način. Generatorji radioizotopov uporabljajo toplotno energijo, ki se sprošča med naravnim razpadom radioaktivnih izotopov in jo s pomočjo termoelektričnega generatorja pretvorijo v električno energijo. Plutonum-238 je ravno takšen radioaktivni izotop, katerega razpadanje napaja opremo na sondah. Vsaka sonda ima štiri generatorje, ki so pritrjeni na dveh trimetrskih izmetnih palicah, stran od znanstvenih instrumentov aparata.
V laboratoriju za reaktivni pogon ameriške nacionalne letalske agencije je bila ustanovljena raziskovalna skupina, ki je preučevala anomalijo Pionirjev. Vodil jo je naš rojak, diplomant oddelka za fiziko Moskovske državne univerze Vyacheslav Turyshev. Raziskovalcem je uspelo sestaviti matematični model, ki vsaj 70% razloži anomalen pospešek "Pionirjev". Po njihovem mnenju je poanta v toplotnih tokovih, ki prihajajo iz sonde v različne smeri. Glavni vir toplote so radioizotopni generatorji, ki so energijo dobavljali na krovu. Pri delovanju instrumentov je bila ustvarjena toplota. Ker so bili instrumenti izklopljeni, je bilo za ogrevanje sond porabljeno vse več energije. V prostor je sevala toplota. Pri izračunu predvidene poti leta je bila podcenjena sila odvzema toplotnega sevanja. Vendar je tlak toplotnega sevanja neenakomeren. Med letom se sonde stabilizirajo z vrtenjem okoli vzdolžne osi. Toplota, sevana pravokotno na vzdolžno os, se v vseh smereh enakomerno razprši in ne vpliva na gibanje sond. Toda ob osi je tudi sevanje. In seva neenakomerno. Izračuni so pokazali, da toplotni tok, ki seva v smeri gibanja vozil, prinaša večji donos od tistega, ki gre v nasprotno smer, torej ga premoči in povzroči učinek zaviranja.to pomeni, da ga premoči in povzroči učinek inhibicije.to pomeni, da ga premoči in povzroči učinek inhibicije.
Pogled od zadaj oddajne antene
nasa.org
Toda kaj je razlog za preostalih 30%? Morda so fiziki s portugalskega Inštituta za plazmo in jedrsko fuzijo uspeli najti razlago. Sledili so isti poti kot Turyševa skupina. Toda več pozornosti smo namenili oddajni anteni sond, ki ima, spomnimo, skoraj tri metrski premer. Naredili so nove izračune, ki temeljijo na njihovem matematičnem modelu sond, in prišli do zaključka, da toplotno sevanje, ki se odbija od zadnje strani antene, daje enak manjkajoč impulz.
No, skrivnost, ki je preganjala znanstvenike, se zdi rešena. Človeštvo nadaljuje raziskovanje vesolja. Za nove uganke in vznemirljivo iskanje njihovih rešitev.
naturalphilosophy.org
Sergej Sobol