Efect de pionier

Efectul „Pioneer” ( efectul „Pioneer” , anomalie „Pioneer” ) este o abatere observată în traiectoria mișcării diferitelor nave spațiale față de cea așteptată (calculată conform modelului actual al mișcării corpurilor spațiale ). Efectul a fost descoperit la observarea primei nave spațiale care a atins limitele exterioare ale sistemului solar (depășind orbita lui Pluto ), Pioneer 10 și Pioneer 11". Ambii „Pionierii” sunt încetiniți sub acțiunea comună a forței gravitaționale a Soarelui și a altor forțe, totuși, cu o determinare foarte precisă a accelerației (decelerației) dispozitivelor și compararea acesteia cu cea calculată teoretic, un în plus. se găsește o forță slabă de natură necunoscută, diferită de toate celelalte forțe cunoscute care afectează dispozitivele.

Deși nu a existat o explicație clară și general acceptată pentru acest fenomen în lumea științifică până la începutul anilor 2010, după 2011, cea mai probabilă versiune este că acest efect este de natură termică și se explică prin anizotropia intensității radiației termice a elementele energetice ale dispozitivelor [1] [2] [3] [4] [5] .

Anterior, au fost luate în considerare o varietate de ipoteze pentru a explica ceea ce se întâmplă: de la cele tehnice simple (de exemplu, forța reactivă de la o scurgere de gaz într-un aparat) până la introducerea de noi legi fizice .

Efect

Efectul se găsește în datele de telemetrie colectate pentru a calcula viteza și distanța parcursă de Pioneers. Luând în considerare toate forțele cunoscute care acționează asupra corpului cosmic, s-a găsit o schimbare violetă suplimentară a semnalului recepționat, crescând liniar cu timpul, care este interpretată ca o forță foarte slabă care nu poate fi explicată de modelul actual. Această forță determină o accelerație constantă a aparatului către Soare , egală cu (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s² [6] .

Sondele spațiale Voyager 1 și Voyager 2 , al căror profil de zbor este similar cu cel al celor de la Pioneers, nu au avut un efect de deviere pronunțat. Cu toate acestea, cercetătorii notează că comparația nu este în întregime corectă. „Pionierii” sunt în zbor liber, iar orientarea lor s-a stabilizat datorită propriei rotații a vehiculelor . Pentru Voyagers, orientarea necesară este asigurată de mici impulsuri ale propulsoarelor, care pot afecta traiectoria [7] .

Datele de la alte nave spațiale ( Galileo , Ulysses ) indică un efect similar cu Pioneers, dar din nou din cauza unei serii de motive (cum ar fi influența slabă imprevizibilă a forței motoarelor cu reacție mici utilizate pentru a controla atitudinea spațială a dispozitivului), este imposibil să se facă o evaluare numerică exactă a efectului. Proiectul Cassini-Huygens a avut și influența sistemului de control al poziției, care nu permitea măsurători precise ale efectului. Rezultatul obținut în (26,7 ± 1,1) × 10 −10 m/s² nu poate confirma sau infirma existența anomaliei [8] .

Explicații posibile pentru efect

Există diverse teorii care explică efectul Pioneer:

Pe baza celor mai precise predicții ale mișcării orbitale a sateliților lui Neptun ( Nereid , Proteus , Triton ) [13] , s-a demonstrat că introducerea unei accelerații suplimentare asociate cu accelerația Pioneer ar trebui să conducă la erori vizibile în determinarea traiectoriilor acestor sateliți. , iar accelerația anormală Pioneer » este legată cel mai probabil de forțele de natură negravitațională [14] .

Există un proiect de observare a asteroizilor în zona de efect, care va determina dacă efectul este de natură gravitațională [15] [16] . În acest moment, au fost propuse multe ipoteze, în cadrul cărora este dată o explicație a „anomaliei Pioneer” de exemplu, teoria unui spațiu în expansiune la scară largă ( Karl Johan Marellier ) și MOND ( Mordechai Milgrom ) [17] .

O schimbare anormală a vitezei, numită convențional anomalie de zbor , oarecum similară cu anomalia Pioneer, a fost găsită în patru nave spațiale în timpul unei manevre gravitaționale în apropierea Pământului. Cu toate acestea, nu este stabilit cu exactitate dacă acestea sunt cauzate de aceleași motive ca și anomalia considerată [18] [19] .

Explicație: Forța de recul a radiației termice

În 1998, a apărut o ipoteză conform căreia efectul poate fi explicat pe deplin prin forța de recul subestimată a radiației termice [20] [21] [22] . Cu toate acestea, la acel moment, o evaluare precisă a forțelor radiației termice era dificilă, deoarece erau necesare înregistrări de telemetrie ale temperaturilor aparatului și modelul său termofizic detaliat și niciunul dintre acestea nu era disponibil la acel moment. Mai mult, toate modelele de temperatură au prezis o scădere treptată a efectului în timp, ceea ce nu a fost găsit în analiza inițială.

Rând pe rând, aceste obstacole au fost rezolvate. Multe înregistrări de telemetrie vechi au fost găsite și digitizate. [23] Au dat grafice ale consumului de energie și ale temperaturii unităților aparatului. Mai multe echipe de oameni de știință au construit modele detaliate de temperatură [24] [25] [2] care pot fi testate împotriva temperaturilor cunoscute și a consumului de energie și permit cuantificarea forței de presiune a radiației termice. Intervalul lung al înregistrărilor de navigație a arătat că accelerația anormală a scăzut cu timpul [26] .

În iulie 2012, Vyacheslav Turyshev și colegii de muncă au publicat un articol în Physical Review Letters care explica anomalia:

Am investigat posibilitatea unei accelerații anormale a vehiculelor Pioneer-10 și Pioneer-11 din cauza forței de recul asociată cu emisia anizotropă de radiație termică de către vehicule. Pentru a face acest lucru, pe baza documentației de proiectare, am construit un model termofizic cuprinzător al elementelor finite ale ambelor vehicule. Apoi am rezolvat numeric ecuațiile de transfer de căldură și radiație folosind date de telemetrie reale ca condiții la limită. Am folosit rezultatele acestui model pentru a calcula efectul forței de transfer de căldură Pioneer-10 la diferite distanțe heliocentrice. Am descoperit că mărimea, comportamentul temporal și direcția accelerației termice rezultate sunt similare cu proprietățile anomaliei observate. Noutatea studiului nostru este că am dezvoltat un model parametrizat al forței de transfer de căldură și am estimat coeficienții acestui model independent [de modelul termofizic], conform datelor de navigație de urmărire Doppler. Nu am găsit o diferență semnificativă statistic între cele două estimări și credem că atunci când forța de transfer de căldură este luată în considerare cu precizie, nu rămâne nicio accelerație anormală.

—Scrisori de revizuire fizică [5]

Acest articol este cea mai detaliată analiză efectuată. Explicația bazată pe forța de transfer de căldură a fost susținută de alte grupuri de cercetare folosind diferite tehnici de calcul. Articolele includ afirmațiile: „Presiunea de recul termic nu este cauza anomaliei de zbor Rosetta , dar rezolvă probabil anomalia de accelerație observată pentru Pioneer 10”. [2] și „Acest lucru arată că toată accelerația anormală poate fi explicată prin efectele temperaturii”. [27]

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Jordan Ellis și Craig B. Markwardt. Suport pentru comportamentul variabil temporal al anomaliei Pioneer din seturile extinse de date Doppler Pioneer 10 și 11   // Phys . Rev. scrisori. — 2011.
  2. ↑ 1 2 3 Rivers, B.; Lämmerzahl, C. Modelarea termică de înaltă precizie a sistemelor complexe cu aplicare la survolul și anomalia Pioneer  // Annalen der Physik  : journal  . - 2011. - Vol. 523 , nr. 6 . — P. 439 . - doi : 10.1002/andp.201100081 . - . - arXiv : 1104.3985 .
  3. ^ Study Finds Heat is Source of 'Pioneer Anomaly'  (Eng.) , NASA (17 iulie 2012). Preluat la 23 iulie 2015.
  4. ↑ Găsirea Sursei Anomaliei Pionierului. În urmă cu treizeci de ani, prima navă spațială trimisă să exploreze sistemul solar exterior a început să încetinească în mod neașteptat. Acum știm în sfârșit ce sa întâmplat  (engleză) , IEEE Spectrum (30 noiembrie 2012). Preluat la 23 iulie 2015.
  5. ↑ 1 2 Sprijin pentru originea termică a anomaliei Pioneer , Slava G. Turyshev et al, Physical Review Letters , acceptat 11 aprilie 2012, accesat 19 iulie 2012 doi:10.1103/PhysRevLett.108.241101 ( ar.Xiv 2012 )
  6. ↑ John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev. Studiul accelerației anormale a lui Pioneer 10 și 11 (engleză)  // Physical Review D. - 2002. - Vol. 65 , nr. 8 . — P. 082004 .  
  7. ↑ Anomalia Pionierului . Consultat la 20 februarie 2013. Arhivat din original pe 26 februarie 2013.
  8. ↑ John D. Anderson, Eunice L. Lau, Giacomo Giampieri. Test îmbunătățit al relativității generale cu date radio Doppler de la sonda spațială Cassini (link indisponibil) . Consultat la 6 octombrie 2008. Arhivat din original pe 4 iunie 2013. 
  9. ↑ Detectivii de computere încearcă să rezolve anomalia Pioneer
  10. ↑ Responsabilitatea pentru efectul Pioneer a fost atribuită geometriei dispozitivelor  // Lenta.ru. - 31.03.2011.
  11. ↑ Masreliez CJ, The Pioneer Anomaly - A cosmological explication  (link indisponibil) . preprint (2005) Ap&SS, v. 299, nr. 1, pp. 83-108.
  12. ↑ S. G. Turyshev. The Pioneer Anomaly: Effect, New Data and New Investigation // Seminar la Institutul Astronomic Sternberg. Universitatea de Stat din Moscova, Moscova, 6 februarie 2007.
  13. ↑ Jacobson RA Orbitele sateliților neptunieni și orientarea polului lui Neptun   // ApJ . - 2009. - Vol. 704 . - P. 4322-4329 .
  14. ↑ Iorio L. Sistemul neptunian de sateliți contestă o origine gravitațională pentru anomalia Pioneer?  (engleză)  // arxiv.org. — 2009.
  15. ↑ Indiciu pierdut despre asteroizi pentru puzzle-ul Pioneer // New Scientist, 10 mai 2005
  16. ↑ [1] Arhivat 31 decembrie 2005 la Wayback Machine // Science Compulenta
  17. ↑ [2] Arhivat 23 iulie 2015 la Wayback Machine // CNews
  18. ↑ Accelerație anormală detectată în patru misiuni spațiale  // Lenta.ru. - 03.03.2008.
  19. ↑ Anderson, John D., et al. „Modificări anormale ale energiei orbitale observate în timpul zborului navelor spațiale pe Pământ”. Physical Review Letters 100.9 (2008 ) : 091102. Arhivat 24 mai 2015 la Wayback Machine 
  20. ↑ Murphy, E.M. O explicație prozaică pentru accelerațiile anormale observate în navele spațiale îndepărtate (1998).
  21. ↑ Katz, JI Comentariu la „Indicație, din datele Pioneer 10/11, Galileo și Ulysses, a unei accelerații aparent anormale, slabe, pe distanță lungă”  //  Physical Review Letters  : jurnal. - {APS, 1999. - Vol. 83 , nr. 9 . - P. 1892-1892 . }
  22. ↑ Scheffer, L. Forțele convenționale pot explica accelerația anormală a Pioneer 10  // Physical Review  : journal  . - 2003. - Vol. 67 , nr. 8 . — P. 084021 . - doi : 10.1103/PhysRevD.67.084021 . - Cod . - arXiv : gr-qc/0107092 .
  23. ↑ Turyshev, SG și Toth, V. și Kellogg, L. și Lau E. și Lee, K. A study of the pionier anomaliy: new data and objectives for new investigation  // Jurnalul internațional de fizică modernă  D. : jurnal. - World Scientific, 2006. - Vol. 15 , nr. 01 . - P. 1-55 . , paginile 10-15.
  24. ↑ Bertolami, O.; Francisco, F.; Gil, PJS; Páramos, J. Analiza termică a anomaliei Pioneer: O metodă pentru a estima transferul de impuls radiativ  // Physical Review  : journal  . - 2008. - Vol. 78 , nr. 10 . — P. 103001 . - doi : 10.1103/PhysRevD.78.103001 . - Cod . - arXiv : 0807.0041 .
  25. ↑ Toth, VT și Turyshev, SG Forța de recul termic, telemetria și anomalia Pioneer  // Physical Review D  : jurnal  . - APS, 2009. - Vol. 79 , nr. 4 . — P. 043011 . - arXiv : 0901.4597 .
  26. ↑ Turyshev, SG și Toth, VT și Ellis, J. și Markwardt, CB Suport pentru comportamentul variabil în timp al anomaliei Pioneer din seturile de date Doppler extinse Pioneer 10 și 11  // Physical Review Letters  : journal  . - {APS}, 2011. - Vol. 107 , nr. 8 . — P. 81103 .
  27. ↑ Orfeu Bertolami, Frederico Francisco, Paulo JS Gil și Jorge P'aramos. Contribuția efectelor termice la accelerarea navei spațiale de pionier în spațiul adânc (29 noiembrie 2012).

Link -uri