At flyve ind i det dybe rum vil helt sikkert medføre mange mysterier, som vi ikke vil være i stand til at løse i meget lang tid. Og det er ikke overraskende. Så snart de første jordbringere sendte forbi kæmpeplanets baner, gav rummet os straks et problem. Og for at løse det blev det endda foreslået at korrigere fysiklovene.
Pionerer
Amerikas rumfartsudforskningsprogrammer har altid haft rungende navne og ambitiøse mål. Under Mercury-programmet foretog amerikanerne deres første bemande flyvninger og oprettede det første astronautkorps. I løbet af det næste Gemini-program blev metoder til mødning og docking i kredsløb udarbejdet. Det tredje program med bemandet rumfart var det berygtede Apollo-program. Dets mål var bemandede flyvninger til månen. Men til studiet af interplanetarisk rum og himmellegemer blev Pioneer-programmet lanceret.
Som en del af sine missioner sendte De Forenede Stater adskillige forskningsundersøgelser ud i rummet mellem 1958 og 1978. Rumfartøj fløj til solen, Venus og månen og undersøgte kometer der nærmer sig os. "Pioneer-3" opdagede Jordens andet strålingsbælte, og "Pioneer-7" deltog i studiet af Halleys komet. I dag er to rumfartøjer til programmet velkendt. Dette er Pioneer-10 sonder (lanceret i marts 1972) og Pioneer-11 (april 1973), en af de sidst lancerede.
Probe "Pioneer-10" under montering
wikipedia.org
Salgsfremmende video:
Senere lancerede NASA andre forskningsprogrammer. Med nye, mere avancerede sonder. I 1977 blev Voyager 1 og Voyager 2 allerede sendt inden for rammerne af Voyager-programmet til de fjerne planeter i solsystemet. Og i 2003 blev New Frontiers-programmet lanceret, hvor New Horizons, Juno og OSIRIS-REx gik ud i rummet. Men i 50'erne, da programmet lige var begyndt, blev dets enheder i USA betragtet som pionerer i rummet, og derfor blev de kaldt "Pionerer". Pioneer 10 og Pioneer 11 var det første rumfartøj, der fløj gennem hovedsteroidebæltet og de første til at studere Jupiter på kort afstand.
Pionererne kunne have været de første til at gå ud over solsystemet, men i 1998 overhalede den hurtigere Voyager 1 Pioneer 10, som havde lederenes gule trøje på denne tur i solsystemet.
Anomaly
For første gang blev der opdaget en afvigelse i sondernes flyvevej i 1980'erne. På dette tidspunkt har sonderne allerede afsluttet deres vigtigste mission. Pioneer 10 fløj tæt på Jupiter i december 1973 og specificerede dens masse og målte dens magnetiske felt. Pioneer 11 nærmede sig planen nøjagtigt et år senere: i december 1974. Efter at have taget detaljerede billeder gik han til Saturn. I 1979 transmitterede enheden billeder af planeten og dens satellit Titan til Jorden.
Hovedmissionen sluttede, men det blev besluttet at bruge dataene fra overvågning af flyvevejen til rumfartøjet Pioneer-10 til at søge efter, som det stadig blev antaget, den solrige systems tiende planet. Og nu er det det niende (efter nedgangen i Pluto). Hvis der var en afvigelse i banen, ville dette, som videnskabsmænd troede, være en konsekvens af tyngdekraften af en uopdaget planet. Afvigelsen blev fundet, men årsagen til denne anomali var på ingen måde en planet i udkanten af solsystemet. Men hvad der er mest interessant, blev anomalien efterfølgende fundet i tvillingssonden.
Illustration af udgangen fra "Pionerer" og "Voyagers" uden for solsystemet
wikipedia.org
I dag flyver køretøjer i forskellige retninger. Pioneer 10 bevæger sig mod kanten af Mælkevejen i retning af stjernebilledet Tyren. Dens tvilling er på den anden side mod midten af galaksen, mod stjernebilledet af skjoldet. Det skal forstås, at begge sonder nu er i fri flyvning. Kun de tidligere opnåede acceleration og eksterne kræfter påvirker rumfartøjets flyvning. Krafter er tyngdepunkt og ikke-tyngdekraften.
Blandt de ikke-tyngdekraften, f.eks. Solstrålingstrykket, der forårsager acceleration rettet fra Solen. Og solens tyngdekraft, tværtimod, trækker køretøjerne mod stjernen og forårsager en acceleration rettet mod Solen, det vil sige, at den bremser dem. Alle kræfter, der kan påvirke rumfartøjets flyvning, beregnes og tages i betragtning. Bortset fra en. En ukendt og uforståelig styrke trækker sonderne tilbage. Det er hun, der er grunden til pionerernes gåte. Kraften er ubetydelig, men den er der. De seneste beregninger opnået i 2002 indikerer, at størrelsen på den uforklarlige negative acceleration er (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Dette er ubetydelig, men har allerede ført til en afvigelse af køretøjerne ca. 400 tusind kilometer fra den beregnede bane. Det ser ud til, at sonderne er flyvet milliarder af kilometer. På tidspunktet for tabet af kommunikation med "Pioneer-10" (23. januar 2003) var det mere end 12 milliarder kilometer væk fra os. Dette er 82 astronomiske enheder, det vil sige 82 afstande fra Jorden til Solen. Kommunikationen med "Pioneer-11" gik tabt den 30. september 1995, enheden var allerede i en afstand af 6,5 milliarder kilometer fra solen, eller 43 AU. e.
Og hvad er disse hundretusinder sammenlignet med milliarder af kilometer? Men for videnskab kan disse ubetydelige værdier være meget vigtige. Afvigelse fra normen, fra den sædvanlige forståelse af ting, dvs. afvigelser kan indikere tilstedeværelsen af noget markant, men stadig uopdaget. Desuden inden for astrofysik.
En afvigelse i Uranus bevægelse førte til opdagelsen af en ny planet - Neptune. Anomalien i bevægelse af Mercury, opdaget i 1859, blev kun forklaret af Albert Einsteins generelle relativitetsteori, som han udviklede i 1915. Løsningen på "Pionerer" anomali kan vende den moderne fysik på hovedet eller omvendt være ganske triviel. Dette er grunden til at det hjemsøger mange forskere.
Spørgsmålet kan opstå: hvordan beregnet forskere hastigheden og i overensstemmelse hermed køretøjernes acceleration? Prober har længe været utilgængelige til observation. Hverken Hubble eller noget andet teleskop vil kunne se sonderne flyve væk fra os. Hastighedskontrollen af sonderne udføres ved at måle Doppler-frekvensskiftet for radiosignalet, der sendes i sondenes retning og modtages tilbage fra det. Den er baseret på den samme Doppler-effekt, der bruges til at bestemme køretøjets hastighed. Effekten manifesterede sig i form af det såkaldte violette skifte, skiftet af radiosignalet til kortbølgeregionen i spektret, hvilket betyder, at sonderne begyndte at aftage.
Men hvis vi taler om en effekt, der kan påvirke bevægelsen af to sonder, kan det også påvirke andre? Vi har allerede sagt, at der var andre efter Pioneer-programmet. Men pionererne er på flugt uden yderligere kursus korrektioner i lang tid. Men flyvevejen og orienteringen af andre sonder korrigeres stadig af thrusterne. Derfor kan der ikke foretages nøjagtige målinger af effekten, hvis nogen.
Eventuelle årsager til afvigelsen
I de år, der er blevet brugt til at finde løsninger på dette puslespil, er der antaget mange antagelser. Og den første er fejl i observationer og fortolkning af de opnåede data. Men han blev næsten øjeblikkeligt forladt. Anomalien blev tilskrevet forskellige forskellige grunde. Bremsning på det interplanetære medium (støv, gasskyer osv.). Kuiper bælteobjekter tyngdekraftsattraktion. Lækagas, såsom helium, brugt som arbejdsvæske i radioisotopgeneratorer. Årsagen blev også søgt i de elektromagnetiske kræfter forårsaget af den akkumulerede elektriske ladning af sonderne. Og naturligvis tilskrives det påvirkningen af mørkt stof eller mørk energi. Ikke uden forslag til korrektion af den eksisterende fysik. Tidligere antagelser gav en ikke-gravitationsmæssig forklaring på effekten. I 1983 foreslog den israelske fysiker Mordechai Milgrom den såkaldte teori om ændret Newtonsk dynamik (MOND). Hun er et eksempel på en alternativ teori om tyngdekraften. Ifølge MOND, når vi har at gøre med legemer, der bevæger sig med ekstremt lav acceleration, skal Newtonian mekanik rettes.
Årsagen til den anomale acceleration af "Pionererne" synes imidlertid at være fundet. Men lad os først sige lidt om designet til enhederne. Proberne er udstyret med videnskabelige instrumenter og en parabolantennen med en diameter på 2,75 meter til kommunikation med Jorden. Alt dette udstyr krævede strømforsyning. Se på konstruktionen af pionererne. Ser du solcellepaneler, som satellitter kender i den? Ikke. For rumfartøjer, der undersøger solsystemets fjerne planeter, er der ingen mening i solcellepaneler. Når du bevæger dig dybere ud i rummet, falder intensiteten af solstråling. Solens energi er ikke længere tilstrækkelig til drift af solceller.
Diagram over apparatet "Pioneer-10"
wikipedia.org
I modsætning til prober, der flyver til vores indre planeter i vores system, er radioisotop termoelektriske generatorer, der bruger plutonium-238, installeret om bord til flyvninger til Jupiter, Saturn og andre fjerne planeter. Dette er ikke atomreaktorer. De arbejder på en anden måde. Radioisotopgeneratorer bruger termisk energi, der frigøres under det naturlige nedbrydning af radioaktive isotoper, og ved hjælp af en termoelektrisk generator konverteres den til elektricitet. Plutonium-238 er netop sådan en radioaktiv isotop, hvis forfald styrker udstyret ombord på sonderne. Hver sonde har fire generatorer, som er fastgjort på to tre-meter udliggerstænger, væk fra apparatets videnskabelige instrumenter.
Et forskerteam blev nedsat ved Jet Propulsion Laboratory fra US National Aerospace Agency for at studere Pioneers anomali. Det blev ledet af vores landsmand, en kandidat fra fysikafdelingen ved Moskvas statsuniversitet Vyacheslav Turyshev. Forskerne var i stand til at opbygge en matematisk model, der forklarer "Pioneerers" anomale acceleration mindst 70%. Efter deres mening er hele punktet i varmefluxerne, der kommer fra sonden i forskellige retninger. Og den vigtigste varmekilde er radioisotopgeneratorer, der leverede energi til udstyret ombord. Varme blev genereret fra driften af instrumenterne. Da instrumenterne blev slukket, blev der brugt mere og mere energi på at opvarme sonderne. Varme blev udstrålet i rummet. Det var kraften i tilbagetrækningen af termisk stråling, der blev undervurderet ved beregningen af den estimerede flyvevej. Imidlertid er varmestrålingen tryk ujævnt. Under flyvning stabiliseres sonderne ved at dreje rundt i længdeaksen. Den varme, der stråler vinkelret på længdeaksen, spredes ensartet i alle retninger og påvirker ikke bevægelsen af sonderne. Men der er også stråling langs aksen. Og det stråler ujævnt. Beregninger har vist, at varmestrømmen, der stråler i køretøjets bevægelsesretning, giver et større afkast end det, der går i den modsatte retning, det vil sige, overmagter det og forårsager effekten af bremsning.det vil sige, det overmagter det og forårsager en hæmmende effekt.det vil sige, det overmagter det og forårsager en hæmmende effekt.
Set bagfra af den transmitterende antenne
nasa.org
Men hvad er grunden til de resterende 30%? Måske formåede fysikere fra det portugisiske institut for plasma og nuklear fusion at finde en forklaring. De fulgte den samme vej som Turyshevs gruppe. Men vi var mere opmærksomme på sonderens transmissionsantenne, som vi husker, har en næsten tre meters diameter. Efter at have foretaget nye beregninger baseret på deres matematiske model af sonderne, kom de til den konklusion, at den termiske stråling, der reflekteres fra bagsiden af antennen, giver den samme manglende impuls.
Det mysterium, der hjemsøgte forskerne, ser ud til at være løst. Menneskeheden fortsætter med at udforske rummet. Efter nye gåder og en spændende søgning efter deres løsninger.
naturalphilosophy.org
Sergey Sobol