Полетът в дълбокия космос със сигурност ще донесе много мистерии, които няма да можем да разрешим за много дълго време. И това не е изненадващо. Веднага след като първите пратеници на Земята преминаха орбитите на гигантските планети, пространството веднага ни създаде проблем. И за да се реши, дори беше предложено да се коригират законите на физиката.
Пионери
Програмите за космическо проучване в Америка винаги са имали поразителни имена и амбициозни цели. По програмата на Меркурий американците извършиха първите си пилотирани полети и създадоха първия корпус на астронавтите. В хода на следващата програма Близнаци бяха разработени методи за рандеву и докинг в орбита. Третата програма на пилотираните космически полети беше прословутата програма Аполон. Нейната цел бяха пилотирани полети до Луната. Но за изучаване на междупланетното пространство и небесните тела, стартира програмата Pioneer.
Като част от своите мисии, САЩ изпращат няколко изследователски проучвания в космоса между 1958 и 1978 г. Космическият кораб лети към Слънцето, Венера и Луната, изследва комети, приближаващи се към нас. "Пионер-3" откри втория радиационен пояс на Земята, а "Пионер-7" участва в изследването на кометата на Халей. Днес два космически кораба на програмата са добре известни. Това са сондата Pioneer-10 (пуснати през март 1972 г.) и Pioneer-11 (април 1973 г.), една от последните стартирани.
Сонда "Pioneer-10" в процеса на сглобяване
wikipedia.org
Промоционално видео:
По-късно НАСА стартира и други изследователски програми. С нови, по-модерни сонди. През 1977 г., вече в рамките на програмата Voyager, Voyager 1 и Voyager 2 са изпратени до далечните планети на Слънчевата система. И през 2003 г. стартира програмата New Frontiers, в рамките на която New Horizons, Juno и OSIRIS-REx излизат в космоса. Но през 50-те години, когато програмата едва започваше, нейните устройства в Съединените щати бяха считани за пионери на космоса и затова те бяха наречени „Пионери“. Pioneer 10 и Pioneer 11 бяха първият космически кораб, прелетял през Главния астероиден пояс и първият, изучил Юпитер на близки разстояния.
Пионерите можеха да бъдат първите, които излязоха отвъд Слънчевата система, но през 1998 г. по-бързият Voyager 1 изпревари Pioneer 10, който имаше жълтата фланелка на лидера в тази обиколка на слънчевата система.
аномалия
За първи път аномалия в пътя на полета на сондите е открита през 80-те години. До този момент сондите вече са изпълнили основната си мисия. През декември 1973 г. Pioneer 10 лети близо до Юпитер, като уточнява неговата маса и измерва магнитното му поле. Пионер 11 се приближи до планетата точно една година по-късно: през декември 1974 г. След като направи подробни снимки, той отиде в Сатурн. През 1979 г. устройството предава изображения на планетата и нейния сателит Титан на Земята.
Основната мисия приключи, но беше решено да се използват данните от наблюдението на полетния път на космическия кораб "Пионер-10", за да се търси, както все още се предполагаше, десетата планета на Слънчевата система. И сега е деветата (след понижението в Плутон). Ако имаше отклонение в траекторията, тогава, както учените вярваха, това би било следствие от гравитацията на неоткрита планета. Отклонението беше открито, но причината за тази аномалия в никакъв случай не беше планета в края на Слънчевата система. Но, което е най-интересното, аномалията впоследствие бе открита в сондата близнаци.
Илюстрация на изхода на "Пионери" и "Вояджъри" извън Слънчевата система
wikipedia.org
Днес превозните средства летят в различни посоки. Пионер 10 се движи към ръба на Млечния път, в посока на съзвездието Телец. От своя страна близнакът е към центъра на Галактиката, към съзвездието на Щита. Трябва да се разбере, че и двете сонди сега са в свободен полет. Само получените по-рано ускорения и външни сили влияят на полета на космически кораби. Силите са гравитационни и негравитационни.
Сред негравитационните, например, налягането на слънчевата радиация, предизвикващо ускорение, насочено от Слънцето. А гравитацията на Слънцето, напротив, дърпа превозните средства към звездата, предизвиквайки ускорение, насочено към Слънцето, тоест ги забавя. Всички сили, които могат да повлияят на полета на космически кораби, се изчисляват и вземат предвид. С изключение на един. Една неизвестна и непонятна сила дърпа сондите назад. Именно тя е причината за гатанката на „Пионерите“. Мощността е незначителна, но я има. Последните изчисления, получени до 2002 г., показват, че величината на необяснимото отрицателно ускорение е (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Това е нищожно, но вече доведе до отклонение на превозните средства с около 400 хиляди километра от изчислената траектория. Изглежда, сондите са прелетели милиарди километри. По време на загубата на комуникация с „Пионер-10“(23 януари 2003 г.), тя беше на повече от 12 милиарда километра от нас. Това са 82 астрономически единици, тоест 82 разстояния от Земята до Слънцето. Комуникацията с „Pioneer-11“бе загубена на 30 септември 1995 г., устройството вече беше на разстояние 6,5 милиарда километра от Слънцето, или 43 AU. д.
И какви са тези стотици хиляди в сравнение с милиарди километри? Но за науката тези незначителни ценности могат да бъдат от голямо значение. Отклонението от нормата, от обичайното разбиране на нещата, тоест аномалиите могат да показват наличието на нещо значимо, но все още неразкрито. Освен това в астрофизиката.
Аномалия в движението на Уран доведе до откриването на нова планета - Нептун. Откритата през 1859 г. аномалия в движението на Меркурий е обяснена единствено от общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, която той разработва през 1915 г. Решението на аномалията „Пионери“може да обърне съвременната физика с главата надолу или, обратно, да бъде доста тривиално. Ето защо тя преследва много учени.
Възможно е да възникне въпросът: как учените изчислиха скоростта и съответно ускорението на превозните средства? Сондите отдавна не са достъпни за наблюдение. Нито Хъбъл, нито който и да е друг телескоп няма да могат да видят сондите, които отлитат от нас. Контролът на скоростта на сондите се осъществява чрез измерване на доплеровото изместване на честотата на радиосигнала, което се изпраща в посоката на сондата и се получава обратно от нея. Той се основава на същия доплеров ефект, използван за определяне на скоростта на превозните средства. Ефектът се проявява под формата на така нареченото виолетово изместване, изместване на радиосигнала към късо вълновата област на спектъра, което означава, че сондите започнаха да се забавят.
Но ако говорим за ефект, който може да повлияе на движението на две сонди, тогава може да се отрази и на други? Вече казахме, че след програмата „Пионер“имаше и други. Но пионерите са в полет без допълнителни корекции на курса за дълго време. Но траекторията на полета и ориентацията на други сонди все още се коригират от тласъците. Следователно не могат да се правят точни измервания на ефекта, ако има такъв.
Възможни причини за аномалията
През годините, посветени на намирането на решения на този пъзел, бяха направени много предположения. И първата е грешки в наблюденията и интерпретацията на получените данни. Но той беше изоставен почти веднага. Аномалията се приписвала на различни причини. Спиране на междупланетната среда (прах, газови облаци и др.). Гравитационното привличане на обекти на колана на Койпер. Изтичащият газ, като хелий, се използва като работна течност в радиоизотопните генератори. Причината се търсеше и в електромагнитните сили, причинени от натрупания електрически заряд на сондите. И, разбира се, се приписваше на влиянието на тъмната материя или тъмната енергия. Не без предложения за коригиране на съществуващата физика. Предишните предположения предоставиха негравитационно обяснение за ефекта. През 1983 г. израелският физик Мордехай Милгром предлага така наречената теория за модифицирана нютонова динамика (MOND). Тя е пример за алтернативна теория за гравитацията. Според MOND, когато имаме работа с тела, движещи се с изключително ниско ускорение, Нютоновата механика трябва да бъде коригирана.
Причината за аномалното ускорение на „Пионерите“изглежда е намерена. Но първо, нека да кажем малко за дизайна на устройствата. Сондите са оборудвани с научни инструменти и параболична антена с диаметър 2,75 метра за комуникация със Земята. Цялото това оборудване се нуждаеше от захранване. Погледнете конструкцията на пионерите. Виждате ли соларни панели, познати на спътниците в него? Не. За космически кораби, които изследват далечните планети на Слънчевата система, няма смисъл от слънчевите панели. С навлизането си в космоса интензитетът на слънчевата радиация намалява. Енергията на слънцето вече не е достатъчна за работата на слънчевите клетки.
Диаграма на апарата "Pioneer-10"
wikipedia.org
За разлика от сондите, които летят към вътрешните планети на нашата система, радиоизотопните термоелектрични генератори, използващи плутоний-238, са инсталирани на борда за полети до Юпитер, Сатурн и други далечни планети. Това не са ядрени реактори. Те работят по различен начин. Радиоизотопните генератори използват топлинна енергия, която се отделя по време на естествения разпад на радиоактивните изотопи и с помощта на термоелектричен генератор го превръщат в електричество. Плутоний-238 е точно такъв радиоактивен изотоп, разпадът на който захранва оборудването на борда на сондите. Всяка сонда има четири генератора, които са фиксирани на две триметрови аутригери, далеч от научните инструменти на апарата.
В лабораторията за реактивни двигатели на Националната аерокосмическа агенция на САЩ беше сформиран изследователски екип за изследване на аномалията на пионерите. Водеше го наш сънародник, възпитаник на катедрата по физика на Московския държавен университет Вячеслав Туришев. Изследователите успяха да построят математически модел, който обяснява аномалното ускорение на „пионерите“поне 70%. Според тях цялата точка е в топлинните потоци, идващи от сондата в различни посоки. А основният източник на топлина са радиоизотопните генератори, които доставят енергия на бордовото оборудване. Топлината се генерира от работата на инструментите. Тъй като инструментите бяха изключени, все повече и повече енергия се изразходваше за нагряване на сондите. Топлината се излъчваше в космоса. Силата на отдръпването на топлинната радиация беше подценена при изчисляване на прогнозната траектория на полета. Въпреки това налягането на топлинното излъчване е неравномерно. При полет сондите се стабилизират чрез въртене около надлъжната ос. Излъчената топлина перпендикулярно на надлъжната ос се разсейва във всички посоки равномерно и не влияе върху движението на сондите. Но има и радиация по оста. И излъчва неравномерно. Изчисленията показват, че топлинният поток, излъчен в посока на движение на превозните средства, дава по-голяма възвръщаемост от този, който върви в обратна посока, тоест го надделява и причинява ефекта на спиране.това означава, че го надделява и предизвиква инхибиращ ефект.това означава, че го надделява и предизвиква инхибиращ ефект.
Изглед отзад на предаващата антена
nasa.org
Но каква е причината за останалите 30%? Може би физиците от Португалския институт за плазма и ядрен синтез са успели да намерят обяснение. Те следваха същия път като групата на Туришев. Но обърнахме повече внимание на предавателната антена на сондите, която, припомняме, има почти триметров диаметър. Направили нови изчисления въз основа на техния математически модел на сондите, те стигнали до извода, че топлинното излъчване, отразено от задната страна на антената, дава същия липсващ импулс.
Е, мистерията, която преследва учените, изглежда е разрешена. Човечеството продължава да изследва космоса. За нови пъзели и вълнуващо търсене на техните решения.
naturalphilosophy.org
Сергей Собол