Efecto pionero

El efecto "Pioneer" ( efecto "Pioneer" , anomalía "Pioneer" ) es una desviación observada en la trayectoria del movimiento de varias naves espaciales de la esperada (calculada de acuerdo con el modelo actual del movimiento de los cuerpos espaciales ). El efecto se descubrió al observar las primeras naves espaciales que alcanzaron los límites exteriores del sistema solar (superando la órbita de Plutón ), Pioneer 10 y Pioneer 11.". Ambos "Pioneros" se ralentizan bajo la acción conjunta de la fuerza gravitacional del Sol y otras fuerzas, sin embargo, con una determinación muy precisa de la aceleración (desaceleración) de los dispositivos y su comparación con la teóricamente calculada, un adicional muy se encuentra una fuerza débil de naturaleza desconocida, diferente de todas las demás fuerzas conocidas que afectan a los dispositivos.

Aunque no hubo una explicación inequívoca y generalmente aceptada para este fenómeno en el mundo científico hasta principios de la década de 2010, después de 2011, la versión más probable es que este efecto es de naturaleza térmica y se explica por la anisotropía de la intensidad de la radiación térmica de los elementos energéticos de los dispositivos [1] [2] [3] [4] [5] .

Previamente, se consideraron una variedad de hipótesis para explicar lo que está sucediendo: desde simples técnicas (por ejemplo, la fuerza reactiva de una fuga de gas en un aparato) hasta la introducción de nuevas leyes físicas .

Efecto

El efecto se encuentra en los datos de telemetría recopilados para calcular la velocidad y la distancia recorrida por los Pioneers. Al tener en cuenta todas las fuerzas conocidas que actúan sobre el cuerpo cósmico, se encontró un cambio púrpura adicional de la señal recibida, que crece linealmente con el tiempo, lo que se interpreta como una fuerza muy débil que no puede explicarse con el modelo actual. Esta fuerza provoca una aceleración constante del aparato hacia el Sol , igual a (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s² [6] .

Las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2 , cuyo perfil de vuelo es similar al de las Pioneer, no tuvieron un efecto de desviación pronunciado. Sin embargo, los investigadores señalan que la comparación no es del todo correcta. Los "pioneros" se encuentran en vuelo libre, y su orientación se ha estabilizado gracias a la propia rotación de los vehículos . Para las Voyagers, la orientación requerida la proporcionan pequeños impulsos de propulsores, que pueden afectar la trayectoria [7] .

Los datos de otras naves espaciales ( Galileo , Ulysses ) indican un efecto similar al de los Pioneer, pero nuevamente debido a una serie de razones (como la débil influencia impredecible del empuje de los pequeños motores a reacción utilizados para controlar la actitud espacial del dispositivo), es imposible hacer una evaluación numérica precisa del efecto. El proyecto Cassini-Huygens también tuvo la influencia del sistema de control de posición, que no permitió mediciones precisas del efecto. El resultado obtenido en (26,7 ± 1,1) × 10 −10 m/s² no puede confirmar ni refutar la existencia de la anomalía [8] .

Posibles explicaciones para el efecto

Hay varias teorías que explican el efecto Pioneer:

Sobre la base de las predicciones más precisas del movimiento orbital de los satélites de Neptuno ( Nereid , Proteus , Triton ) [13] , se demostró que la introducción de una aceleración adicional asociada con la aceleración de Pioneer debería conducir a errores notables en la determinación de las trayectorias de estos satélites. , y la aceleración anómala de Pioneer » está muy probablemente relacionada con las fuerzas de naturaleza no gravitacional [14] .

Existe un proyecto para observar asteroides en el área de efecto, que determinará si el efecto es de naturaleza gravitatoria [15] [16] . Por el momento se han propuesto muchas hipótesis, dentro de las cuales se da una explicación de la “anomalía de Pioneer”, por ejemplo, la teoría de un espacio en expansión a gran escala ( Karl Johan Marellier ) y MOND ( Mordechai Milgrom ) [17] .

Se encontró un cambio anómalo en la velocidad, convencionalmente llamado anomalía de sobrevuelo , algo similar a la anomalía Pioneer, en cuatro naves espaciales durante una maniobra gravitacional cerca de la Tierra. Sin embargo, no se establece con exactitud si se deben a los mismos motivos que la anomalía considerada [18] [19] .

Explicación: La fuerza de retroceso de la radiación térmica

En 1998, apareció una hipótesis según la cual el efecto puede explicarse completamente por la fuerza de retroceso subestimada de la radiación térmica [20] [21] [22] . Sin embargo, en ese momento, una evaluación precisa de las fuerzas de la radiación térmica era difícil, ya que se requerían registros de telemetría de las temperaturas del aparato y su modelo termofísico detallado, y ninguno de estos estaba disponible en ese momento. Además, todos los modelos de temperatura predijeron una disminución gradual del efecto a lo largo del tiempo, lo que no se encontró en el análisis original.

Uno por uno, estos obstáculos fueron resueltos. Se han encontrado y digitalizado muchos registros de telemetría antiguos. [23] Dieron gráficos de consumo de energía y temperatura de las unidades del dispositivo. Varios equipos de científicos han construido modelos de temperatura detallados [24] [25] [2] que se pueden probar frente a temperaturas y consumo de energía conocidos, y permiten la cuantificación de la fuerza de presión de la radiación térmica. El largo intervalo de registros de navegación mostró que la aceleración anómala disminuyó con el tiempo [26] .

En julio de 2012, Vyacheslav Turyshev y colaboradores publicaron un artículo en Physical Review Letters que explicaba la anomalía:

Investigamos la posibilidad de una aceleración anómala de los vehículos Pioneer-10 y Pioneer-11 debido a la fuerza de retroceso asociada con la emisión anisotrópica de radiación térmica de los vehículos. Para ello, en base a la documentación de diseño, hemos construido un modelo termofísico integral de los elementos finitos de ambos vehículos. Luego resolvimos numéricamente las ecuaciones de transferencia de calor y radiación utilizando datos de telemetría reales como condiciones de contorno. Usamos los resultados de este modelo para calcular el efecto de la fuerza de transferencia de calor Pioneer-10 a varias distancias heliocéntricas. Hemos encontrado que la magnitud, el comportamiento temporal y la dirección de la aceleración térmica resultante son similares a las propiedades de la anomalía observada. La novedad de nuestro estudio es que hemos desarrollado un modelo parametrizado de la fuerza de transferencia de calor y estimado los coeficientes de este modelo independientemente [del modelo termofísico], según los datos de navegación de seguimiento Doppler. No encontramos una diferencia estadísticamente significativa entre las dos estimaciones y creemos que cuando la fuerza de transferencia de calor se tiene en cuenta con precisión, no queda ninguna aceleración anómala.

—Cartas de revisión física [5]

Este artículo es el análisis más detallado realizado. La explicación basada en la fuerza de transferencia de calor ha sido apoyada por otros grupos de investigación utilizando diversas técnicas computacionales. Los artículos incluyen las declaraciones: "La presión de retroceso térmico no es la causa de la anomalía de sobrevuelo de Rosetta , pero probablemente resuelve la anomalía de aceleración observada para Pioneer 10". [2] y "Esto demuestra que toda aceleración anómala puede explicarse por los efectos de la temperatura". [27]

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Jordan Ellis y Craig B. Markwardt. Compatibilidad con el comportamiento temporalmente variable de la anomalía Pioneer a partir de los conjuntos de datos Doppler 10 y 11 extendidos de Pioneer   // Phys . Rvdo. letras. — 2011.
  2. ↑ 1 2 3 Rievers, B.; Lämmerzahl, C. Modelado térmico de alta precisión de sistemas complejos con aplicación al sobrevuelo y anomalía de Pioneer  // Annalen der Physik  : revista  . - 2011. - vol. 523 , núm. 6 _ — Pág. 439 . -doi : 10.1002/ andp.201100081 . - . -arXiv : 1104.3985 . _
  3. ↑ Study Finds Heat is Source of 'Pioneer Anomaly'  (inglés) , NASA (17 de julio de 2012). Consultado el 23 de julio de 2015.
  4. ↑ Encontrar el origen de la anomalía Pioneer. Hace treinta años, la primera nave espacial enviada para explorar el sistema solar exterior comenzó a disminuir la velocidad de forma inesperada. Ahora finalmente sabemos lo que sucedió  (inglés) , IEEE Spectrum (30 de noviembre de 2012). Consultado el 23 de julio de 2015.
  5. ↑ 1 2 Soporte para el origen térmico de la anomalía Pioneer , Slava G. Turyshev et al, Physical Review Letters , aceptado el 11 de abril de 2012, consultado el 19 de julio de 2012 doi:10.1103/PhysRevLett.108.241101 ( arXiv 1204.2507 )
  6. ↑ John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev. Estudio de la aceleración anómala de Pioneer 10 y 11 (inglés)  // Physical Review D. - 2002. - Vol. 65 , núm. 8 _ — Pág. 082004 .  
  7. ↑ La anomalía pionera . Consultado el 20 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 26 de febrero de 2013.
  8. ↑ John D. Anderson, Eunice L. Lau, Giacomo Giampieri. Prueba mejorada de la relatividad general con datos de radio Doppler de la nave espacial Cassini (enlace no disponible) . Consultado el 6 de octubre de 2008. Archivado desde el original el 4 de junio de 2013. 
  9. ↑ Detectives informáticos intentan descifrar la anomalía de Pioneer
  10. ↑ La responsabilidad del efecto Pioneer se asignó a la geometría de los dispositivos  // Lenta.ru. - 31/03/2011.
  11. ↑ Masreliez CJ, La anomalía pionera - Una explicación cosmológica  (enlace no disponible) . preimpresión (2005) Ap&SS, v. 299, núm. 1, págs. 83-108.
  12. ↑ S. G. Turyshev. La anomalía pionera: efecto, nuevos datos y nueva investigación // Seminario en el Instituto Astronómico Sternberg. Universidad Estatal de Moscú, Moscú, 6 de febrero de 2007.
  13. ↑ Jacobson RA Las órbitas de los satélites neptunianos y la orientación del polo de Neptuno   // ApJ . - 2009. - Vol. 704 . - Pág. 4322-4329 .
  14. ↑ Iorio L. ¿El sistema neptuniano de satélites desafía un origen gravitatorio para la anomalía de Pioneer?  (Inglés)  // arxiv.org. — 2009.
  15. ↑ Pista perdida del asteroide para el rompecabezas de Pioneer // New Scientist, 10 de mayo de 2005
  16. ↑ [1] Archivado el 31 de diciembre de 2005 en Wayback Machine // Science Compulenta
  17. ↑ [2] Archivado el 23 de julio de 2015 en Wayback Machine // CNews
  18. ↑ Aceleración anómala detectada en cuatro misiones espaciales  // Lenta.ru. - 03.03.2008.
  19. ↑ Anderson, John D., et al. "Cambios anómalos de energía orbital observados durante los sobrevuelos de naves espaciales de la Tierra". Physical Review Letters 100.9 (2008 ) : 091102. Archivado el 24 de mayo de 2015 en Wayback Machine . 
  20. ↑ Murphy, E.M. Una explicación prosaica de las aceleraciones anómalas vistas en naves espaciales distantes (1998).
  21. ↑ Katz, JI Comentario sobre "Indicación, de los datos de Pioneer 10/11, Galileo y Ulysses, de una aparente aceleración anómala, débil y de largo alcance"  //  Physical Review Letters  : revista. - {APS, 1999. - vol. 83 , núm. 9 _ - Pág. 1892-1892 . }
  22. ↑ Scheffer, L. Las fuerzas convencionales pueden explicar la aceleración anómala de Pioneer 10  // Physical Review  : revista  . - 2003. - vol. 67 , núm. 8 _ — Pág. 084021 . -doi : 10.1103 / PhysRevD.67.084021 . - . -arXiv : gr - qc/0107092 .
  23. ↑ Turyshev, SG y Toth, V. y Kellogg, L. y Lau E. y Lee, K. Un estudio de la anomalía pionera: nuevos datos y objetivos para una nueva investigación  // International Journal of Modern Physics  D : diario. - World Scientific, 2006. - Vol. 15 , núm. 01 . - Pág. 1-55 . , páginas 10-15.
  24. ↑ Bertolami, O.; Francisco, F.; Gil, PJS; Páramos, J. Análisis térmico de la anomalía de Pioneer: un método para estimar la transferencia de momento radiativo  // Physical Review  : revista  . - 2008. - Vol. 78 , núm. 10 _ — Pág. 103001 . -doi : 10.1103 / PhysRevD.78.103001 . - . -arXiv : 0807.0041 . _
  25. ↑ Toth, VT y Turyshev, SG Fuerza de retroceso térmico, telemetría y la anomalía Pioneer  // Physical Review D  : revista  . - APS, 2009. - Vol. 79 , núm. 4 . — Pág. 043011 . -arXiv : 0901.4597 . _
  26. ↑ Turyshev, SG y Toth, VT y Ellis, J. y Markwardt, CB Compatibilidad con el comportamiento temporalmente variable de la anomalía Pioneer a partir de los conjuntos de datos Doppler extendidos Pioneer 10 y 11  // Physical Review Letters  : journal  . - {APS}, 2011. - Vol. 107 , núm. 8 _ — Pág. 81103 .
  27. ↑ Orfeu Bertolami, Frederico Francisco, Paulo JS Gil and Jorge P'aramos. La contribución de los efectos térmicos a la aceleración de la nave espacial pionera del espacio profundo (29 de noviembre de 2012).

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