Pionjäreffekt

"Pioneer" -effekten ( "Pioneer"-effekten , "Pionjär" -anomali ) är en observerad avvikelse i rörelsebanan för olika rymdfarkoster från den förväntade (beräknad enligt den nuvarande modellen för rymdkroppars rörelse ). Effekten upptäcktes när man observerade den första rymdfarkosten som nådde solsystemets yttre gränser (övervinner Plutos omloppsbana ), Pioneer 10 och Pioneer 11 . Båda "pionjärerna" bromsas under gemensam verkan av solens gravitationskraft och andra krafter, men med en mycket exakt bestämning av anordningarnas acceleration (retardation) och dess jämförelse med den teoretiskt beräknade, en ytterligare mycket svag kraft av okänd karaktär hittas, skiljer sig från alla andra kända krafter som påverkar enheterna.

Även om det inte fanns någon entydig och allmänt accepterad förklaring till detta fenomen i den vetenskapliga världen förrän i början av 2010-talet, efter 2011, är den mest sannolika versionen att denna effekt är av termisk natur och förklaras av anisotropin av intensiteten av termisk strålning av anordningarnas energielement [1] [2] [3] [4] [5] .

Tidigare ansågs en mängd olika hypoteser förklara vad som händer: från enkla tekniska sådana (till exempel den reaktiva kraften från en gasläcka i en apparat) till införandet av nya fysiska lagar .

Effekt

Effekten återfinns i telemetridata som samlats in för att beräkna hastigheten och sträckan tillryggalagd av pionjärerna. När man tar hänsyn till alla kända krafter som verkar på den kosmiska kroppen, hittades ytterligare en lila förskjutning av den mottagna signalen, linjärt växande med tiden, vilket tolkas som en mycket svag kraft som inte kan förklaras av den nuvarande modellen. Denna kraft orsakar en konstant acceleration av apparaten mot solen , lika med (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s² [6] .

Rymdskepparna Voyager 1 och Voyager 2 , vars flygprofil liknar Pioneers, hade ingen uttalad avböjningseffekt. Forskarna konstaterar dock att jämförelsen inte är helt korrekt. "Pionjärerna" flyger fritt, och deras orientering har stabiliserats på grund av deras egen rotation av fordonen . För Voyagers tillhandahålls den nödvändiga orienteringen av små impulser av thrusters, vilket kan påverka banan [7] .

Data från andra rymdfarkoster ( Galileo , Ulysses ) indikerar en liknande effekt som pionjärerna, men återigen på grund av ett antal orsaker (som den svaga oförutsägbara påverkan av dragkraften från små jetmotorer som används för att kontrollera enhetens rumsliga attityd), det är omöjligt att göra en korrekt numerisk bedömning av effekten. Cassini -Huygens- projektet hade också inflytande från positionskontrollsystemet, som inte tillät exakta mätningar av effekten. Resultatet som erhålls i (26,7 ± 1,1) × 10 −10 m/s² kan inte bekräfta eller motbevisa förekomsten av anomali [8] .

Möjliga förklaringar till effekten

Det finns olika teorier som förklarar Pioneer-effekten:

Baserat på de mest exakta förutsägelserna av omloppsrörelsen hos Neptunus satelliter ( Nereid , Proteus , Triton ) [13] visades det att införandet av ytterligare acceleration i samband med Pioneer-accelerationen borde leda till märkbara fel vid bestämning av banorna för dessa satelliter , och Pioneers anomala acceleration » är sannolikt kopplad till krafterna av icke-gravitationell natur [14] .

Det finns ett projekt för att observera asteroider i effektområdet, vilket kommer att avgöra om effekten är av gravitationskaraktär [ 15] [16] . För närvarande har många hypoteser föreslagits, inom vilka en förklaring av "Pionjäranomali" ges, till exempel teorin om ett storskaligt expanderande utrymme ( Karl Johan Marellier ) och MOND ( Mordechai Milgrom ) [17] .

En onormal hastighetsförändring, konventionellt kallad en förbiflygningsanomali , något liknande Pioneer-anomalien, hittades i fyra rymdskepp under en gravitationsmanöver nära jorden. Det är dock inte exakt fastställt om de orsakas av samma orsaker som den övervägda anomalien [18] [19] .

Förklaring: Rekylkraften för termisk strålning

1998 dök en hypotes upp, enligt vilken effekten helt kan förklaras av den underskattade rekylkraften från termisk strålning [20] [21] [22] . Men vid den tiden var en exakt bedömning av krafterna från termisk strålning svår, eftersom telemetriregistreringar av apparatens temperaturer och dess detaljerade termofysiska modell krävdes, och ingen av dessa var tillgängliga vid den tiden. Dessutom förutspådde alla temperaturmodeller en gradvis minskning av effekten över tid, vilket inte hittades i den ursprungliga analysen.

Ett efter ett löstes dessa hinder. Många gamla telemetriposter har hittats och digitaliserats. [23] De gav grafer över strömförbrukning och temperatur för enhetens enheter. Flera team av forskare har byggt detaljerade temperaturmodeller [24] [25] [2] som kan testas mot kända temperaturer och strömförbrukning, och möjliggör kvantifiering av tryckkraften från termisk strålning. Det långa intervallet av navigationsrekord visade att den anomala accelerationen minskade med tiden [26] .

I juli 2012 publicerade Vyacheslav Turyshev och hans medarbetare en artikel i Physical Review Letters som förklarade anomalien:

Vi undersökte möjligheten av onormal acceleration av fordonen Pioneer-10 och Pioneer-11 på grund av rekylkraften som är förknippad med den anisotropa emissionen av termisk strålning från fordonen. För att göra detta, baserat på designdokumentationen, har vi byggt en omfattande termofysisk modell av de ändliga elementen i båda fordonen. Vi löste sedan värmeöverförings- och strålningsekvationerna numeriskt med hjälp av verklig telemetridata som randvillkor. Vi använde resultaten av denna modell för att beräkna effekten av värmeöverföringskraften Pioneer-10 vid olika heliocentriska avstånd. Vi har funnit att storleken, tidsbeteendet och riktningen för den resulterande termiska accelerationen liknar egenskaperna hos den observerade anomalien. Det nya med vår studie är att vi har utvecklat en parameteriserad modell av värmeöverföringskraften och uppskattat koefficienterna för denna modell oberoende [av den termofysiska modellen], enligt Doppler-spårningsnavigeringsdata. Vi hittade ingen statistiskt signifikant skillnad mellan de två uppskattningarna och tror att när värmeöverföringskraften beaktas korrekt finns ingen onormal acceleration kvar.

— Physical Review Letters [5]

Den här artikeln är den mest detaljerade analysen som utförts. Förklaringen baserad på värmeöverföringskraften har fått stöd av andra forskargrupper som använder olika beräkningstekniker. Artiklarna inkluderar påståendena: "Termiskt rekyltryck är inte orsaken till Rosetta -förbiflygningen , men löser troligen accelerationsavvikelsen som observerats för Pioneer 10." [2] och "Detta visar att all anomal acceleration kan förklaras av temperatureffekter." [27]

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Jordan Ellis och Craig B. Markwardt. Stöd för temporärt varierande beteende hos Pioneer anomali från de utökade Pioneer 10 och 11 Doppler-datauppsättningarna   // Phys . Varv. brev. — 2011.
  2. ↑ 1 2 3 Rievers, B.; Lämmerzahl, C. Termisk modellering med hög precision av komplexa system med tillämpning på förbiflygning och Pioneer-anomali  // Annalen der Physik  : journal  . - 2011. - Vol. 523 , nr. 6 . — S. 439 . - doi : 10.1002/ochp.201100081 . - . - arXiv : 1104.3985 .
  3. ↑ Studie finner att värme är källan till "Pioneer Anomaly"  (eng.) , NASA (17 juli 2012). Hämtad 23 juli 2015.
  4. ↑ Att hitta källan till Pioneer Anomaly. För trettio år sedan började den första rymdfarkosten som skickades för att utforska det yttre solsystemet att sakta ner oväntat. Nu vet vi äntligen vad som hände  (engelska) , IEEE Spectrum (30 november 2012). Hämtad 23 juli 2015.
  5. ↑ 1 2 Support for thermal origin of the Pioneer anomaly , Slava G. Turyshev et al, Physical Review Letters , accepterad 11 april 2012, tillgänglig 19 juli 2012 doi:10.1103/PhysRevLett.108.241101 ( 104Xiv.5 )
  6. ↑ John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev. Studie av den anomala accelerationen av Pioneer 10 och 11 (engelska)  // Physical Review D. - 2002. - Vol. 65 , nr. 8 . — S. 082004 .  
  7. ↑ Pionjäranomin . Hämtad 20 februari 2013. Arkiverad från originalet 26 februari 2013.
  8. ↑ John D. Anderson, Eunice L. Lau, Giacomo Giampieri. Förbättrat test av allmän relativitet med radiodopplerdata från rymdfarkosten Cassini (inte tillgänglig länk) . Hämtad 6 oktober 2008. Arkiverad från originalet 4 juni 2013. 
  9. ↑ Datornördare försöker knäcka Pioneers anomali
  10. ↑ Ansvaret för Pioneer-effekten tilldelades enheternas geometri  // Lenta.ru. - 2011-03-31.
  11. ↑ Masreliez CJ, The Pioneer Anomaly - En kosmologisk förklaring  (länk ej tillgänglig) . preprint (2005) Ap&SS, v. 299, nr. 1, sid. 83-108.
  12. ↑ S. G. Turyshev. The Pioneer Anomaly: Effect, New Data and New Investigation // Seminarium vid Sternberg Astronomical Institute. Moscow State University, Moskva, 6 februari 2007.
  13. ↑ Jacobson RA De neptuniska satelliternas banor och orienteringen av Neptunus pol   // ApJ . - 2009. - Vol. 704 . - P. 4322-4329 .
  14. ↑ Iorio L. Utmanar det neptunska satellitsystemet ett gravitationsursprung för Pioneer-anomali?  (engelska)  // arxiv.org. — 2009.
  15. ↑ Förlorad asteroidledtråd till Pioneer-pussel // New Scientist, 10 maj 2005
  16. ↑ [1] Arkiverad 31 december 2005 på Wayback Machine // Science Compulenta
  17. ↑ [2] Arkiverad 23 juli 2015 på Wayback Machine // CNews
  18. ↑ Onormal acceleration upptäckt i fyra rymduppdrag  // Lenta.ru. - 03.03.2008.
  19. ↑ Anderson, John D., et al. "Anomala orbital-energiförändringar observerade under rymdfarkosternas förbiflygningar på jorden." Physical Review Letters 100.9 (2008 ) : 091102. Arkiverad 24 maj 2015 på Wayback Machine 
  20. ↑ Murphy, E.M. En prosaisk förklaring till de anomala accelerationer som ses i avlägsna rymdskepp (1998).
  21. ↑ Katz, JI Kommentar till "Indikation, från Pioneer 10/11, Galileo och Ulysses data, på en uppenbar onormal, svag acceleration på lång räckvidd"  //  Physical Review Letters  : journal. - {APS, 1999. - Vol. 83 , nr. 9 . - P. 1892-1892 . }
  22. ↑ Scheffer, L. Konventionella krafter kan förklara den onormala accelerationen hos Pioneer 10  // Physical Review  : journal  . - 2003. - Vol. 67 , nr. 8 . — S. 084021 . - doi : 10.1103/PhysRevD.67.084021 . - . - arXiv : gr-qc/0107092 .
  23. ↑ Turyshev, SG och Toth, V. och Kellogg, L. och Lau E. och Lee, K. En studie av pionjäranomali: nya data och mål för ny undersökning  // International Journal of Modern Physics  D : journal. - World Scientific, 2006. - Vol. 15 , nr. 01 . - S. 1-55 . , sidorna 10-15.
  24. ↑ Bertolami, O.; Francisco, F.; Gil, PJS; Páramos, J. Thermal analysis of the Pioneer anomaly: A method to estimate radiative momentum transfer  // Physical Review  : journal  . - 2008. - Vol. 78 , nr. 10 . — S. 103001 . - doi : 10.1103/PhysRevD.78.103001 . - . - arXiv : 0807.0041 .
  25. ↑ Toth, VT och Turyshev, SG Termisk rekylkraft, telemetri och Pioneer-anomali  // Fysisk översyn D  : journal  . - APS, 2009. - Vol. 79 , nr. 4 . — S. 043011 . - arXiv : 0901.4597 .
  26. ↑ Turyshev, SG och Toth, VT och Ellis, J. och Markwardt, CB Stöd för temporalt varierande beteende av Pioneer-anomali från de utökade Pioneer 10 och 11 Doppler-datauppsättningarna  // Physical Review Letters  : journal  . - {APS}, 2011. - Vol. 107 , nr. 8 . — S. 81103 .
  27. ↑ Orfeu Bertolami, Frederico Francisco, Paulo JS Gil och Jorge P'aramos. De termiska effekternas bidrag till accelerationen av rymdfarkosten Deep-Space Pioneer (29 november 2012).

Länkar