Att flyga ut i djupa rymden kommer säkert att ge många mysterier, som vi inte kommer att kunna lösa på mycket lång tid. Och detta är inte förvånande. Så fort jordens första budbärare passerade järnplanets banor gav rymden oss omedelbart ett problem. Och för att lösa det föreslogs det till och med att korrigera fysiklagarna.
pionjärer
Amerikas rymdutforskningsprogram har alltid haft rungande namn och ambitiösa mål. Under Mercury-programmet gjorde amerikanerna sina första bemannade flygningar och skapade det första astronautkorpset. Under nästa Gemini-program utarbetades metoder för att delta och docka i omloppsbana. Det tredje programmet med bemannade rymdflyg var det ökända Apollo-programmet. Dess mål var bemannade flygningar till månen. Men för studien av interplanetära rymden och himmelkroppar startades Pioneer-programmet.
Som en del av sina uppdrag skickade USA flera forskningsundersökningar ut i rymden mellan 1958 och 1978. Rymdskepp flög till solen, Venus och månen, undersökte kometer som närmade oss. "Pioneer-3" upptäckte jordens andra strålningsbälte, och "Pioneer-7" deltog i studien av Halleys komet. Idag är två rymdskepp av programmet välkända. Dessa är Pioneer-10 sonder (lanserades i mars 1972) och Pioneer-11 (april 1973), en av de sista som lanserades.
Söka "Pioneer-10" i monteringsprocessen
wikipedia.org
Kampanjvideo:
Senare lanserade NASA andra forskningsprogram. Med nya, mer avancerade sonder. 1977, redan inom ramen för Voyager-programmet, skickades Voyager 1 och Voyager 2 till solsystemets avlägsna planeter. Och 2003 lanserades programmet New Frontiers, inom vilket New Horizons, Juno och OSIRIS-REx gick ut i rymden. Men på 50-talet, när programmet just började, ansågs dess enheter i USA som rymdpionjärer, och därför kallades de "Pionjärer". Pioneer 10 och Pioneer 11 var det första rymdskeppet som flyger genom huvudsteroidebältet och de första som studerade Jupiter på nära håll.
Pionjärerna kunde ha varit de första som gick utöver solsystemet, men 1998 tog snabbare Voyager 1 förbi Pioneer 10, som hade ledarens gula tröja på denna turné i solsystemet.
Anomali
För första gången upptäcktes en avvikelse i sondernas flygväg på 1980-talet. Vid den här tiden har sonderna redan slutfört sitt huvuduppdrag. Pioneer 10 flög nära Jupiter i december 1973 och specificerade dess massa och mätte sitt magnetfält. Pioneer 11 närmade sig planeten exakt ett år senare: i december 1974. Efter att ha tagit detaljerade bilder gick han till Saturn. 1979 överförde enheten bilder av planeten och dess satellit Titan till jorden.
Huvuduppdraget avslutades, men det beslutades att använda uppgifterna från att övervaka flygbanan för rymdskeppet Pioneer-10 för att söka efter, som det fortfarande antogs, den soliga systemets tionde planet. Och nu är det den nionde (efter nedgången i Pluto). Om det fanns en avvikelse i banan, så, som forskare trodde, skulle detta vara en följd av allvaren på en oupptäckt planet. Avvikelsen hittades, men orsaken till denna avvikelse var inte alls en planet vid solsystemets kant. Men vad som är mest intressant, anomalin hittades senare i tvillingproben.
Illustration av utgången från "Pionjärer" och "Voyagers" utanför solsystemet
wikipedia.org
Idag flyger fordon i olika riktningar. Pioneer 10 rör sig mot kanten av Vintergatan, i riktning mot stjärnbilden Oxen. Dess tvilling, å andra sidan, är mot centrum av galaxen, mot konstellationen av skölden. Det bör förstås att båda sonderna nu är i fri flygning. Endast den tidigare erhållna accelerationen och externa krafter påverkar rymdfarkostens flygning. Krafter är gravitationella och icke-gravitationella.
Bland de icke-gravitationella, till exempel, solstrålningstrycket, vilket orsakar acceleration riktad från solen. Och solens allvar, tvärtom, drar fordonen mot stjärnan och orsakar en acceleration riktad mot solen, det vill säga den bromsar dem. Alla krafter som kan påverka rymdfarkostens flyg beräknas och beaktas. Förutom en. En okänd och obegriplig kraft drar sonden tillbaka. Det är hon som är anledningen till pionjärernas gåta. Kraften är försumbar, men den är där. De senaste beräkningarna, som erhölls 2002, indikerar att storleken på den oförklarade negativa accelerationen är (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Detta är försumbart, men har redan lett till att fordonen avviker cirka 400 tusen kilometer från den beräknade banan. Det verkar som om sonderna har flytt miljarder kilometer. Vid förlusten av kommunikation med "Pioneer-10" (23 januari 2003) var det mer än 12 miljarder kilometer från oss. Dessa är 82 astronomiska enheter, det vill säga 82 avstånd från jorden till solen. Kommunikationen med "Pioneer-11" försvann den 30 september 1995, enheten var redan på 6,5 miljarder kilometer från solen, eller 43 AU. e.
Och vad är dessa hundratusentals jämfört med miljarder kilometer? Men för vetenskapen kan dessa obetydliga värden vara av stor betydelse. Avvikelse från normen, från den vanliga förståelsen av saker, det vill säga avvikelser kan indikera förekomsten av något betydelsefullt, men fortfarande oupptäckt. Dessutom inom astrofysik.
En avvikelse i rörelsen av Uranus ledde till upptäckten av en ny planet - Neptunus. Anomalin i Mercury-rörelsen, som upptäcktes 1859, förklarades endast av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, som han utvecklade 1915. Lösningen för "Pionjärerna" -avvikelsen kan vända modern fysik upp och ner eller omvänt vara ganska trivial. Det är därför det spöker många forskare.
Frågan kan uppstå: hur beräknade forskare hastigheten och följaktligen fordonens acceleration? Sonder har länge inte varit tillgängliga för observation. Varken Hubble eller något annat teleskop kan se sonderna flyga bort från oss. Hastighetsregleringen av sonderna utförs genom att mäta Doppler-frekvensskiftet för radiosignalen, som sänds i sondens riktning och tas emot från den. Den är baserad på samma Doppler-effekt som används för att bestämma hastigheten på fordon. Effekten manifesterades i form av den så kallade violetta skiftningen, radiosignalens förskjutning till kortvågområdet i spektrumet, vilket innebär att sonderna började sakta ner.
Men om vi pratar om en effekt som kan påverka förflyttningen av två sonder, kan det också påverka andra? Vi har redan sagt att det fanns andra efter Pioneer-programmet. Men pionjärerna är på flykt utan ytterligare bankkorrigeringar under lång tid. Men andra sökers flygväg och orientering korrigeras fortfarande av thrusterarna. Därför kan exakta mätningar av effekten, om någon, inte göras.
Möjliga orsaker till avvikelsen
Under åren som har ägnats åt att hitta lösningar på detta pussel har många antaganden framförts. Och det första är fel i observationer och tolkning av de erhållna uppgifterna. Men han övergavs nästan omedelbart. Anomalin tillskrivs olika orsaker. Bromsning på det interplanetära mediet (damm, gasmoln, etc.). Kuiper-bältesobjektens gravitationsattraktion. Läckande gas, såsom helium, används som arbetsvätska i radioisotopgeneratorer. Anledningen sökte också i de elektromagnetiska krafterna orsakade av sondernas ackumulerade elektriska laddning. Och naturligtvis tillskrivs det påverkan av mörk materia eller mörk energi. Inte utan förslag för att korrigera befintlig fysik. Tidigare antaganden gav en förklaring till effekten utan gravitation.1983 föreslog den israeliska fysikern Mordechai Milgrom den så kallade teorin om modifierad Newtonian dynamik (MOND). Hon är ett exempel på en alternativ teori om tyngdkraften. Enligt MOND, när vi har att göra med kroppar som rör sig med extremt låg acceleration, måste Newtonian mekanik korrigeras.
Anledningen till "Pionjärernas" anomala acceleration verkar dock ha hittats. Men låt oss först säga lite om designen på enheterna. Proberna är utrustade med vetenskapliga instrument och en parabolantenn med en diameter på 2,75 meter för kommunikation med jorden. All utrustning behövde strömförsörjning. Titta på byggandet av pionjärerna. Ser du solpaneler som är bekanta med satelliter i den? Inte. För rymdfarkoster som utforskar solsystemets avlägsna planeter finns det ingen mening med solpaneler. När du går djupare in i rymden minskar solstrålningens intensitet. Solens energi är inte längre tillräcklig för drift av solceller.
Diagram över "Pioneer-10" -apparaten
wikipedia.org
Till skillnad från sonder som flyger till våra inre planeter, är radioisotop termoelektriska generatorer med plutonium-238 installerade ombord för flygningar till Jupiter, Saturn och andra avlägsna planeter. Dessa är inte kärnreaktorer. De arbetar på ett annat sätt. Radioisotopgeneratorer använder termisk energi, som frigörs under det naturliga sönderfallet av radioaktiva isotoper och omvandlar den till elektricitet med hjälp av en termoelektrisk generator. Plutonium-238 är just en sådan radioaktiv isotop, vars sönderfall driver utrustningen ombord på sonderna. Varje sond har fyra generatorer, som är fixerade på två tre-meters utriggstavar, borta från apparats vetenskapliga instrument.
Ett forskarteam bildades vid Jet Propulsion Laboratory från US National Aerospace Agency för att studera Pioneers anomali. Det leddes av vår landsmästare, en examen vid fysikavdelningen vid Moskva statsuniversitetet Vyacheslav Turyshev. Forskarna kunde bygga en matematisk modell som förklarar "Pionjärernas" anomala acceleration på minst 70%. Enligt deras åsikt ligger hela poängen i värmeflödena från sonden i olika riktningar. Och den viktigaste värmekällan är radioisotopgeneratorer, som levererade energi till utrustningen ombord. Värme genererades från instrumentens drift. När instrumenten stängdes av spenderades mer och mer energi på att värma sondorna. Värme strålades ut i rymden. Det var kraften i värmestrålningens rekyl som underskattades vid beräkningen av den uppskattade flygvägen. Emellertid är värmestrålningstrycket ojämnt. Under flykt stabiliseras sonderna genom att rotera runt längsaxeln. Värmen som strålas vinkelrätt mot längsaxeln sprids i alla riktningar enhetligt och påverkar inte sondens rörelse. Men det finns också strålning längs axeln. Och det strålar ojämnt. Beräkningar har visat att värmeflödet utstrålat i fordonets rörelseriktning ger en större avkastning än den som går i motsatt riktning, det vill säga överkrafter det och orsakar bromseffekten.det vill säga att det övermäter det och orsakar en hämmande effekt.det vill säga att det övermäter det och orsakar en hämmande effekt.
Bakifrån av den sändande antennen
nasa.org
Men vad är orsaken till de återstående 30%? Kanske lyckades fysiker från det portugisiska institutet för plasma och kärnfusion hitta en förklaring. De följde samma väg som Turysjevs grupp. Men vi uppmärksammade sändarantennen på sonderna, som vi minns att den har nästan tre meter i diameter. Efter att ha gjort nya beräkningar baserade på deras matematiska modell av sonderna, kom de till slutsatsen att den termiska strålningen som reflekteras från baksidan av antennen ger samma saknade impuls.
Tja, mysteriet som spökade forskarna verkar vara löst. Mänskligheten fortsätter att utforska rymden. För nya pussel och en spännande sökning efter deras lösningar.
naturalphilosophy.org
Sergey Sobol