Гипотеза о тепловой природе аномалии «Пионеров» получила экспериментальное подтверждение

Четверо учёных из Лаборатории реактивного движения и Центра космических полётов Годдарда собрали экспериментальные свидетельства в пользу того, что аномалия «Пионеров» объясняется воздействием собственного теплового излучения аппаратов.

Аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11», стартовавшие в 1972-м и 1973-м, постепенно удаляются от Солнца и сейчас находятся на расстоянии около 103 и 83 а. е. от него. Гравитационное воздействие звезды естественным образом замедляет движение зондов, но тщательная обработка данных слежения показывает, что «Пионеры» тормозятся несколько быстрее, чем следовало бы. В этом и заключается суть аномалии, для описания которой традиционно вводят направленное в сторону Солнца постоянное ускорение а = (8,74 ± 1,33)•10–10 м/с2 неизвестного происхождения.

Предположения о тепловой природе аномалии высказывались ещё в ХХ веке, а весной этого года мы рассказывали об одном из наиболее серьёзных современных исследований на эту тему, выполненном португальскими физиками. Португальцы построили относительно сложную геометрическую модель аппаратов, учли воздействие основных источников теплового излучения (радиоизотопных термоэлектрических генераторов и приборного отсека, где находятся потребители электроэнергии) и выяснили, что тепловые эффекты должны были сыграть решающую роль в появлении «аномального» ускорения. В их модели, однако, ускорение убывает со временем и никак не может быть постоянным.

Новая работа отличается от всех прочих увеличенным объёмом использованных данных слежения. Указанное выше значение — (8,74 ± 1,33)•10–10 м/с2 — было рассчитано ещё в 2001 году по 20 055 (10 616) отдельным результатам наблюдений для «Пионера-10» («Пионера-11»), а теперь в массивы данных включены уже 41 054 (81 537) точки. Значительно возросла и общая длительность временных промежутков, на которых эти экспериментальные точки расположены.

Сверху показаны графики изменения ускорения, которые даёт «экспоненциальная» модель. Снизу представлена стохастическая модель, лучше всего отражающая реальные данные, но не имеющая физического смысла. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)
Сверху показаны графики изменения ускорения, которые даёт «экспоненциальная» модель. Снизу представлена стохастическая модель, лучше всего отражающая реальные данные, но не имеющая физического смысла. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

При анализе расширенного массива информации авторы использовали три модели, в которых «аномальное» ускорение принимается постоянным, а также линейно или экспоненциально уменьшающимся. Кроме того, они попытались установить точное направление вектора ускорения, рассмотрев варианты привязки к оси вращения аппаратов, вектору их скорости и направлениям на Солнце и на Землю.

Кванты электромагнитного излучения — фотоны — не имеют массы (точнее, массы покоя). Однако это материальные объекты, обладающие импульсом и энергией (импульс $p=h/\lambda$, где h — постоянная Планка, а $\lambda$ — длина волны фотона; энергия $E=cp,$ где $c$ — скорость света). Поэтому при их излучении и возникает отдача. Общий эффект отдачи зависит от количества излученных фотонов (оно определяется свойствами излучателя) и их распределения по длинам волн.

Как оказалось, спадающее ускорение действительно чуть лучше соответствует опытным данным, чем самая простая модель с постоянным значением. Надежды на расчёт направления а, к сожалению, не оправдались: учёные исключили только ту гипотезу, в которой ускорение связывалось с вектором скорости. Отделить друг от друга оставшиеся три варианта не удалось, поскольку угол «Солнце — зонд — Земля» оставался небольшим практически на всём протяжении полёта и варьировался лишь от 2,6˚ (1980) до 0,7˚ (2001) в случае «Пионера-10» и от 6,0˚ (1980) до 1,7˚ (1990) для «Пионера-11».

Метод Риверса-Ламмерцаля позволил аккуратно вычислить ускорение аппарата из-за тепловой ассимметрии. В результате немецкие ученые получили не только постоянное значение аномалии, но и график, который очень хорошо совпадает с данными по аномальному торможению Пионеров, так долго привлекавшему внимание астрономов.

Метод Риверса-Ламмерцаля позволил аккуратно вычислить ускорение аппарата из-за тепловой ассимметрии. В результате немецкие ученые получили не только постоянное значение аномалии, но и график (см.рис справа) , который очень хорошо совпадает с данными по аномальному торможению "Пионеров" (см.рис. слева), так долго привлекавшему внимание астрономов.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review.

24 Июля 2011, 3:16    Den    3790    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.