Lietanie do hlbokého vesmíru určite prinesie veľa záhad, ktoré nebudeme schopní vyriešiť za veľmi dlhú dobu. A to nie je prekvapujúce. Hneď ako prví poslovia Zeme prešli obežnými dráhami obrovských planét, priestor nám okamžite spôsobil problém. A aby sa to vyriešilo, bolo dokonca navrhnuté opraviť fyzikálne zákony.
Pioneers
Americké programy prieskumu vesmíru mali vždy výrazné názvy a ambiciózne ciele. V rámci programu Merkúr Američania uskutočnili prvé lety s posádkou a vytvorili prvý zbor astronautov. V priebehu nasledujúceho programu Gemini boli vypracované metódy stretávania a dokovania na obežnej dráhe. Tretím programom vesmírnych letov s posádkou bol notoricky známy program Apollo. Jeho cieľom boli lety s posádkou na Mesiac. Na štúdium medziplanetárneho priestoru a nebeských telies sa však začal program Pioneer.
V rámci svojich misií USA vyslali niekoľko výskumných sond do vesmíru v rokoch 1958 až 1978. Kozmická loď letela na Slnko, Venuši a Mesiac, skúmala kométy, ktoré sa k nám blížili. „Pioneer-3“objavil druhý radiačný pás Zeme a „Pioneer-7“sa zúčastnil štúdie Halleyovej kométy. Dnes sú dobre známe dve kozmické lode tohto programu. Toto sú sondy Pioneer-10 (uvedené na trh v marci 1972) a Pioneer-11 (apríl 1973), jedna z posledných spustených.
Sonda „Pioneer-10“je v procese montáže
wikipedia.org
Propagačné video:
Neskôr NASA spustila ďalšie výskumné programy. S novými, pokročilejšími sondami. V roku 1977, už v rámci programu Voyager, boli Voyager 1 a Voyager 2 poslané na vzdialené planéty slnečnej sústavy. V roku 2003 bol spustený program Nové hranice, v rámci ktorého sa do vesmíru dostali New Horizons, Juno a OSIRIS-REx. Ale v 50-tych rokoch, keď sa program práve začínal, boli jeho zariadenia v Spojených štátoch považované za priekopníkov vesmíru, a preto sa nazývali priekopníkmi. Pioneer 10 a Pioneer 11 boli prvými kozmickými loďami, ktoré preleteli hlavným asteroidovým pásom a ako prvé študovali Jupitera na krátku vzdialenosť.
Pionieri mohli byť prví, ktorí zašli nad rámec slnečnej sústavy, ale v roku 1998 rýchlejší Voyager 1 predbehol Pioneer 10, ktorý mal na tomto turné so slnečnou sústavou žltý dres lídra.
Anomália
Prvýkrát bola v 80-tych rokoch objavená anomálie v dráhe letu sond. Do tejto doby sondy už dokončili svoju hlavnú misiu. Pioneer 10 letel blízko Jupitera v decembri 1973, špecifikoval jeho hmotnosť a meral jeho magnetické pole. Pionier 11 sa priblížil k planéte presne o rok neskôr: v decembri 1974. Po odfotografovaní podrobností odišiel do Saturn. V roku 1979 zariadenie prenieslo na Zem obrazy planéty a jej satelitu Titan.
Hlavná misia sa skončila, ale bolo rozhodnuté použiť údaje z monitorovania letovej dráhy kozmickej lode Pioneer-10 na vyhľadávanie, ako sa stále predpokladalo, desiatej planéty slnečnej sústavy. A teraz je to deviaty (po ponižovaní v Plute). Keby existovala odchýlka v trajektórii, potom, ako vedci verili, bolo by to dôsledkom gravitácie neobjavenej planéty. Bola zistená odchýlka, ale príčinou tejto anomálie nebola v žiadnom prípade planéta na okraji slnečnej sústavy. Čo je však najzaujímavejšie, anomálie sa následne našla v dvojitej sonde.
Ilustrácia výstupu „Pionierov“a „Voyagerov“mimo slnečnej sústavy
wikipedia.org
Dnes vozidlá jazdia rôznymi smermi. Priekopník 10 sa pohybuje smerom k okraju Mliečnej dráhy v smere súhvezdia Taurus. Na druhej strane jeho dvojča je smerom do stredu Galaxie, k súhvezdiu Štít. Malo by byť zrejmé, že obe sondy sú teraz vo voľnom lete. Len predtým dosiahnuté zrýchlenie a vonkajšie sily ovplyvňujú let kozmickej lode. Sily sú gravitačné a gravitačné.
Medzi gravitačné patria napríklad tlak slnečného žiarenia, ktorý spôsobuje zrýchlenie nasmerované zo Slnka. A naopak, gravitácia Slnka ťahá vozidlá smerom k hviezdam, čo spôsobuje zrýchlenie smerované k Slnku, to znamená, že ich spomaľuje. Vypočítajú sa a zohľadnia sa všetky sily, ktoré môžu ovplyvniť let kozmickej lode. Okrem jedného. Jedna neznáma a nepochopiteľná sila pritiahne sondy späť. Je to ona, ktorá je príčinou hádanky „priekopníkov“. Sila je zanedbateľná, ale je tam. Najnovšie výpočty získané v roku 2002 naznačujú, že veľkosť nevysvetliteľného záporného zrýchlenia je (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Je to zanedbateľné, ale už to viedlo k odchýlke vozidiel o približne 400 tisíc kilometrov od vypočítanej trajektórie. Zdá sa, že sondy nalietali miliardy kilometrov. V čase straty komunikácie s „Pioneer-10“(23. januára 2003) to bolo od nás viac ako 12 miliárd kilometrov. Jedná sa o 82 astronomických jednotiek, tj 82 vzdialeností od Zeme k Slnku. Komunikácia s „Pioneer-11“sa stratila 30. septembra 1995, prístroj bol už vo vzdialenosti 6,5 miliárd kilometrov od Slnka alebo 43 AU. e.
A aké sú tieto stovky tisíc v porovnaní s miliardami kilometrov? Ale pre vedu môžu mať tieto nevýznamné hodnoty veľký význam. Odchýlka od normy, od obvyklého chápania vecí, to znamená, že anomálie môžu naznačovať prítomnosť niečoho významného, ale stále neobjaveného. Navyše v astrofyzike.
Anomálie v pohybe Uránu viedli k objaveniu novej planéty - Neptúna. Anomálie v pohybe ortuti, objavená v roku 1859, bola vysvetlená iba všeobecnou teóriou Alberta Einsteina o relativite, ktorú vyvinul v roku 1915. Riešenie anomálie "priekopníkov" môže zmeniť modernú fyziku hore nohami alebo naopak, môže byť celkom triviálne. To je dôvod, prečo straší veľa vedcov.
Môže vyvstať otázka: ako vedci vypočítali rýchlosť a podľa toho zrýchlenie vozidiel? Sondy už dlho nie sú k dispozícii na pozorovanie. Hubble ani žiaden ďalekohľad nebudú môcť vidieť sondy, ktoré od nás odchádzajú. Regulácia rýchlosti sond sa vykonáva meraním Dopplerovho frekvenčného posunu rádiového signálu, ktorý sa vysiela v smere sondy a prijíma sa z nej späť. Vychádza z rovnakého Dopplerovho efektu, aký sa používa na určenie rýchlosti vozidiel. Tento efekt sa prejavil vo forme takzvaného fialového posunu, posunu rádiového signálu do oblasti krátkych vĺn spektra, čo znamená, že sondy sa začali spomaľovať.
Ak však hovoríme o účinku, ktorý môže ovplyvniť pohyb dvoch sond, môže to mať vplyv aj na ostatných? Už sme povedali, že po programe Pioneer boli aj iní. Pionieri sú však už dlho bez ďalších korekcií kurzu. Dráha letu však stále koriguje dráhu letu a orientáciu iných sond. Z tohto dôvodu nie je možné vykonať presné merania účinku.
Možné príčiny anomálie
V priebehu rokov, ktoré boli venované hľadaniu riešení tejto hádanky, bolo predložených veľa predpokladov. Prvým sú chyby v pozorovaní a interpretácii získaných údajov. Ale on bol opustený takmer okamžite. Anomálie bola pripísaná z rôznych dôvodov. Brzdenie na medziplanetárnom médiu (prach, oblaky plynu atď.). Gravitačná príťažlivosť predmetov firmy Kuiper. Unikajúci plyn, napríklad hélium, používaný ako pracovná tekutina v generátoroch rádioizotopov. Dôvod sa hľadal aj v elektromagnetických silách spôsobených akumulovaným elektrickým nábojom sond. A samozrejme to bolo pripisované vplyvu temnej hmoty alebo temnej energie. Nie bez návrhov na opravu existujúcej fyziky. Predchádzajúce predpoklady poskytli gravitačné vysvetlenie účinku. V roku 1983 izraelský fyzik Mordechai Milgrom navrhol takzvanú teóriu modifikovanej newtonovskej dynamiky (MOND). Je príkladom alternatívnej teórie gravitácie. Podľa MOND, pokiaľ ide o telá pohybujúce sa s extrémne nízkym zrýchlením, je potrebné opraviť newtonovskú mechaniku.
Zdá sa však, že dôvod neobvyklého zrýchlenia „priekopníkov“bol zistený. Najprv však povedzme niečo o konštrukcii zariadení. Sondy sú vybavené vedeckými prístrojmi a parabolickou anténou s priemerom 2,75 metra na komunikáciu so Zemou. Všetko toto zariadenie potrebovalo napájanie. Pozrite sa na konštrukciu priekopníkov. Vidíte v ňom solárne panely známe satelitom? Nie. Pri skúmaní vzdialených planét slnečnej sústavy nemá kozmická loď zmysel. Keď sa pohybujete hlbšie do vesmíru, intenzita slnečného žiarenia klesá. Energia slnka už nestačí na prevádzku solárnych článkov.
Schéma prístroja „Pioneer-10“
wikipedia.org
Na rozdiel od sond lietajúcich na vnútorné planéty nášho systému sú na palube nainštalované rádioizotopové termoelektrické generátory využívajúce plutónium 238 na lety do letov Jupiter, Saturn a ďalšie vzdialené planéty. Nejedná sa o jadrové reaktory. Pracujú iným spôsobom. Generátory rádioizotopov využívajú tepelnú energiu, ktorá sa uvoľňuje počas prirodzeného rozkladu rádioaktívnych izotopov a pomocou termoelektrického generátora ju premieňa na elektrickú energiu. Plutónium 238 je práve taký rádioaktívny izotop, ktorého rozpad poháňa vybavenie na palube sond. Každá sonda má štyri generátory, ktoré sú upevnené na dvoch trojmetrových tyčiach podpery, mimo vedeckých nástrojov prístroja.
V Jet Propulsion Laboratory v USA National Aerospace Agency sa vytvoril výskumný tím, ktorý študoval anomálie Pioneers. Na jeho čele stál náš krajan, absolvent Katedry fyziky Moskovskej štátnej univerzity Vyacheslav Turyshev. Vedci dokázali vytvoriť matematický model, ktorý vysvetľuje anomálne zrýchlenie „priekopníkov“najmenej 70%. Podľa ich názoru je celý bod v tepelných tokoch prichádzajúcich zo sondy v rôznych smeroch. Hlavným zdrojom tepla sú generátory rádioizotopov, ktoré dodávali energiu do palubného zariadenia. Z činnosti prístrojov sa vyrábalo teplo. Keď boli prístroje vypnuté, na zahrievanie sond sa vynakladalo stále viac energie. Teplo sa vyžarovalo do vesmíru. Pri výpočte odhadovanej dráhy letu bola podhodnotená sila spätného toku tepelného žiarenia. Tlak tepelného žiarenia je však nerovnomerný. Počas letu sa sondy stabilizujú otáčaním okolo pozdĺžnej osi. Teplo vyžarované kolmo na pozdĺžnu os je rovnomerne rozptýlené vo všetkých smeroch a neovplyvňuje pohyb sond. Ale je tu tiež žiarenie pozdĺž osi. A vyžaruje nerovnomerne. Výpočty ukázali, že tepelný tok emitovaný v smere pohybu vozidiel poskytuje väčší návrat ako tok v opačnom smere, to znamená, že ho premáha a spôsobuje účinok brzdenia.to znamená, že ho premáha a spôsobuje inhibičný účinok.to znamená, že ho premáha a spôsobuje inhibičný účinok.
Zadný pohľad na vysielaciu anténu
nasa.org
Aký je však dôvod zvyšných 30%? Fyzikom z Portugalského inštitútu plazmy a jadrovej syntézy sa podarilo nájsť vysvetlenie. Nasledovali rovnakú cestu ako Turyshevova skupina. Venovali sme však väčšiu pozornosť vysielacej anténe sond, ktoré, ako si spomíname, majú priemer takmer tri metre. Po vykonaní nových výpočtov na základe ich matematického modelu sond dospeli k záveru, že tepelné žiarenie odrážané zo zadnej strany antény dáva rovnaký chýbajúci impulz.
Zdá sa, že záhada, ktorá prenasledovala vedcov, je vyriešená. Ľudstvo pokračuje v skúmaní vesmíru. Nové hádanky a vzrušujúce hľadanie ich riešení.
naturalphilosophy.org
Sergey Sobol