Astronomowie wykryli zagadkowe anomalie w ruchu sond kosmicznych. Zastanawiają się, czy problem tkwi w samych sondach, czy też - co bardziej podniecające - coś jest nie tak ze znanymi nam prawami natury.
Eksperci od kosmicznej nawigacji coraz częściej stosują manewr tzw. grawitacyjnej asysty. Tak mianowicie kierują sondą, żeby przeleciała jak najbliżej planety i pod wpływem jej siły ciążenia zmieniła kierunek lotu, przyspieszyła albo wyhamowała. Dzięki temu nie muszą włączać silników i zużywać paliwa, które w kosmosie jest cenniejsze niż złoto.
Zwykle to Ziemia służy jako pierwsza grawitacyjna trampolina, która wyrzuca sondę w dalsze rejony Układu Słonecznego. W ten sposób manewrowała nad naszymi głowami sonda Galileo w drodze do Jowisza, Cassini lecąca do Saturna oraz Messenger do Merkurego, a także sondy NEAR i Rosseta zmierzające na spotkanie asteroidy i komety. Manewry te zakończyły się pełnym sukcesem, sondy poleciały do celu, ale nie wszystko poszło dokładnie tak, jak się tego spodziewano - informuje grupa naukowców w tekście do najnowszego "Physical Review Letters".
Stawiam żurawinę, że to banialuki
Pod doniesieniem podpisali się pracownicy laboratorium JPL z Pasadeny, które jest kolebką i motorem amerykańskiego programu kosmicznego. Zaintrygowało ich, że w wyniku przelotu nad Ziemią sondy nie zyskały takiego przyspieszenia, jak wskazywały wcześniejsze obliczenia. Dla powodzenia misji nie miało to żadnego znaczenia, bo różnica była minimalna. Przykładowo sonda NEAR poruszała się o 13 mm/s szybciej niż powinna, a Galileo - o 4 mm/s, co stanowiło mniej niż jedną milionową ich prędkości.
Nikt by się taką minimalną rozbieżnością nie trapił, gdyby nie John Anderson, dziś już emerytowany astronom z JPL. W latach 90. zeszłego wieku wytropił podobną niezgodność w ruchu sond
Pionier 10 i 11 które wyruszyły w podróż międzyplanetarną na początku lat 70. i w tej chwili są już kilkanaście miliardów kilometrów od Ziemi, dalej niż Pluton. Opuszczają Układ Słoneczny, zmierzając w przeciwne strony kosmosu. Niosą słynne plakietki z sylwetkami kobiety i mężczyzny oraz przekazem dla innych cywilizacji. Pędzą z prędkością blisko 50 tys. km na godz., ale jak się okazuje, są minimalnie wolniejsze, niż wynika z rachunków mechaniki niebieskiej. Wydaje się, że hamuje je coś więcej niż tylko siła ciążenia Słońca i planet, które pozostały w tyle za nimi. Gdyby nie ta dodatkowa tajemnicza siła, byłyby dziś jakieś 400 tys. km dalej. Może to drobiazg wobec całkowitego dystansu, jaki już przebyły, ale jakże intrygujący!
Kiedy Anderson z kolegami napisali o tym dziesięć lat temu w "Physical Review Letters", wywołało to lawinę komentarzy. Byli tacy badacze, którzy uważali, że wskazuje to na lukę w naszym rozumieniu praw grawitacji. Inni sugerowali, że w rachunkach nie uwzględniono ciemnej materii, która ukrywa się w Układzie Słonecznym, albo efektów związanych z rozszerzaniem się przestrzeni kosmicznej czy deformacją czasoprzestrzeni.
Jednak większość naukowców lekceważyła tzw. anomalię Pionierów. Twierdzili, że z pewnością wina leży po stronie samych sond - np. wycieka z nich paliwo albo ulatniają się gazy, powodując przeciwny do ich prędkości odrzut. Innym możliwym wyjaśnieniem było to, że sondy są nierównomiernie nagrzane, więc emisja cieplna jest w jednym kierunku większa niż w innym. Być może wchodzi w grę kilka różnych, równie banalnych czynników, których zresztą już nigdy nie odkryjemy, bo z Pionierami już od kilku lat nie ma kontaktu. - Założę się o skrzynkę soku z żurawiny, że ta anomalia nie ma nic wspólnego z modyfikacją praw fizyki - mówił Irwin Shapiro z Uniwersytetu Harvarda.
Szansa dla nowego Einsteina?
Anderson był jednak dociekliwy. Sięgnął do archiwalnych danych o telemetrii Pionierów zapisanych na 400 magnetycznych taśmach i głęboko schowanych w piwnicach JPL, które potwierdziły, że anomalia była obecna od samego początku wojaży tych próbników. Teraz zaś zauważył, że podobną zagadkę kryje ruch innych sond międzyplanetarnych, które rozpędzały się w okolicy Ziemi.
- Na pierwszy rzut oka nie ma między nimi związku, bo Pioniery są przecież dużo, dużo dalej, ale byłbym zdziwiony, gdyby nie chodziło o ten sam efekt - mówi. - Po raz pierwszy zebraliśmy wszystkie dostępne dane na temat sond, które minęły Ziemię, i dokonaliśmy ich systematycznej analizy. Niczego nie chcemy sugerować społeczności fizyków, lecz tylko poddajemy tę anomalię pod rozwagę - dodaje.
Anderson i koledzy przez długi czas próbowali znaleźć jakiś klucz do obserwowanych anomalii. W końcu wpadli na to, że zagadkowe przyspieszenia próbników wydają się związane z kątem, jaki tworzy trajektoria lotu z osią obrotu Ziemi lub ziemskim równikiem. Wypisali nawet odpowiednią formułę. - Musi ją odtworzyć każda teoria, która będzie starała się wyjaśniać te anomalie - mówi Anderson.
Historia fizyki zna przykłady, kiedy drobna niezgodność w obserwacjach prowadziła do głębokiej modyfikacji obowiązujących teorii. Tak było np. z ruchem peryhelium Merkurego, którego nie potrafiły wyjaśnić prawa grawitacji Newtona. Problem rozwiązał dopiero Albert Einstein i jego ogólna teoria względności. - Najbardziej prawdopodobne jest jednak to, że odkryliśmy jakiś systematyczny błąd w pomiarach prędkości próbników - mówi skromnie Anderson.
Zwykle to Ziemia służy jako pierwsza grawitacyjna trampolina, która wyrzuca sondę w dalsze rejony Układu Słonecznego. W ten sposób manewrowała nad naszymi głowami sonda Galileo w drodze do Jowisza, Cassini lecąca do Saturna oraz Messenger do Merkurego, a także sondy NEAR i Rosseta zmierzające na spotkanie asteroidy i komety. Manewry te zakończyły się pełnym sukcesem, sondy poleciały do celu, ale nie wszystko poszło dokładnie tak, jak się tego spodziewano - informuje grupa naukowców w tekście do najnowszego "Physical Review Letters".
Stawiam żurawinę, że to banialuki
Pod doniesieniem podpisali się pracownicy laboratorium JPL z Pasadeny, które jest kolebką i motorem amerykańskiego programu kosmicznego. Zaintrygowało ich, że w wyniku przelotu nad Ziemią sondy nie zyskały takiego przyspieszenia, jak wskazywały wcześniejsze obliczenia. Dla powodzenia misji nie miało to żadnego znaczenia, bo różnica była minimalna. Przykładowo sonda NEAR poruszała się o 13 mm/s szybciej niż powinna, a Galileo - o 4 mm/s, co stanowiło mniej niż jedną milionową ich prędkości.
Nikt by się taką minimalną rozbieżnością nie trapił, gdyby nie John Anderson, dziś już emerytowany astronom z JPL. W latach 90. zeszłego wieku wytropił podobną niezgodność w ruchu sond
Pionier 10 i 11 które wyruszyły w podróż międzyplanetarną na początku lat 70. i w tej chwili są już kilkanaście miliardów kilometrów od Ziemi, dalej niż Pluton. Opuszczają Układ Słoneczny, zmierzając w przeciwne strony kosmosu. Niosą słynne plakietki z sylwetkami kobiety i mężczyzny oraz przekazem dla innych cywilizacji. Pędzą z prędkością blisko 50 tys. km na godz., ale jak się okazuje, są minimalnie wolniejsze, niż wynika z rachunków mechaniki niebieskiej. Wydaje się, że hamuje je coś więcej niż tylko siła ciążenia Słońca i planet, które pozostały w tyle za nimi. Gdyby nie ta dodatkowa tajemnicza siła, byłyby dziś jakieś 400 tys. km dalej. Może to drobiazg wobec całkowitego dystansu, jaki już przebyły, ale jakże intrygujący!
Kiedy Anderson z kolegami napisali o tym dziesięć lat temu w "Physical Review Letters", wywołało to lawinę komentarzy. Byli tacy badacze, którzy uważali, że wskazuje to na lukę w naszym rozumieniu praw grawitacji. Inni sugerowali, że w rachunkach nie uwzględniono ciemnej materii, która ukrywa się w Układzie Słonecznym, albo efektów związanych z rozszerzaniem się przestrzeni kosmicznej czy deformacją czasoprzestrzeni.
Jednak większość naukowców lekceważyła tzw. anomalię Pionierów. Twierdzili, że z pewnością wina leży po stronie samych sond - np. wycieka z nich paliwo albo ulatniają się gazy, powodując przeciwny do ich prędkości odrzut. Innym możliwym wyjaśnieniem było to, że sondy są nierównomiernie nagrzane, więc emisja cieplna jest w jednym kierunku większa niż w innym. Być może wchodzi w grę kilka różnych, równie banalnych czynników, których zresztą już nigdy nie odkryjemy, bo z Pionierami już od kilku lat nie ma kontaktu. - Założę się o skrzynkę soku z żurawiny, że ta anomalia nie ma nic wspólnego z modyfikacją praw fizyki - mówił Irwin Shapiro z Uniwersytetu Harvarda.
Szansa dla nowego Einsteina?
Anderson był jednak dociekliwy. Sięgnął do archiwalnych danych o telemetrii Pionierów zapisanych na 400 magnetycznych taśmach i głęboko schowanych w piwnicach JPL, które potwierdziły, że anomalia była obecna od samego początku wojaży tych próbników. Teraz zaś zauważył, że podobną zagadkę kryje ruch innych sond międzyplanetarnych, które rozpędzały się w okolicy Ziemi.
- Na pierwszy rzut oka nie ma między nimi związku, bo Pioniery są przecież dużo, dużo dalej, ale byłbym zdziwiony, gdyby nie chodziło o ten sam efekt - mówi. - Po raz pierwszy zebraliśmy wszystkie dostępne dane na temat sond, które minęły Ziemię, i dokonaliśmy ich systematycznej analizy. Niczego nie chcemy sugerować społeczności fizyków, lecz tylko poddajemy tę anomalię pod rozwagę - dodaje.
Anderson i koledzy przez długi czas próbowali znaleźć jakiś klucz do obserwowanych anomalii. W końcu wpadli na to, że zagadkowe przyspieszenia próbników wydają się związane z kątem, jaki tworzy trajektoria lotu z osią obrotu Ziemi lub ziemskim równikiem. Wypisali nawet odpowiednią formułę. - Musi ją odtworzyć każda teoria, która będzie starała się wyjaśniać te anomalie - mówi Anderson.
Historia fizyki zna przykłady, kiedy drobna niezgodność w obserwacjach prowadziła do głębokiej modyfikacji obowiązujących teorii. Tak było np. z ruchem peryhelium Merkurego, którego nie potrafiły wyjaśnić prawa grawitacji Newtona. Problem rozwiązał dopiero Albert Einstein i jego ogólna teoria względności. - Najbardziej prawdopodobne jest jednak to, że odkryliśmy jakiś systematyczny błąd w pomiarach prędkości próbników - mówi skromnie Anderson.
Źródło: Gazeta Wyborcza
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz