Pioneeriefekti

"Pioneeri" -ilmiö ( "Pioneeri"-ilmiö , "Pioneer" -poikkeama) on havaittu poikkeama eri avaruusalusten liikeradassa odotetusta (laskettu nykyisen avaruuskappaleiden liikemallin mukaan ). Vaikutus havaittiin, kun tarkkailtiin ensimmäisiä aurinkokunnan ulkorajat saavuttaneita avaruusaluksia ( Pluton kiertoradan ylittäminen ), Pioneer 10 ja Pioneer 11". Molemmat "Pioneerit" hidastuvat Auringon gravitaatiovoiman ja muiden voimien yhteisvaikutuksen alaisena, mutta laitteiden kiihtyvyyden (hidastuvuuden) erittäin tarkalla määrityksellä ja sen vertailulla teoreettisesti laskettuun. löytyy heikko luonteeltaan tuntematon voima, joka eroaa kaikista muista tunnetuista laitteisiin vaikuttavista voimista.

Vaikka tälle ilmiölle ei tiedemaailmassa ollut yksiselitteistä ja yleisesti hyväksyttyä selitystä ennen 2010-luvun alkua, vuoden 2011 jälkeen, todennäköisin versio on, että tämä vaikutus on luonteeltaan terminen ja selittyy lämpösäteilyn voimakkuuden anisotropialla . laitteiden energiaelementit [1] [2] [3] [4] [5] .

Aikaisemmin pidettiin erilaisia ​​hypoteeseja selittämään, mitä tapahtuu: yksinkertaisista teknisistä (esimerkiksi laitteen kaasuvuodosta johtuva reaktiivinen voima ) uusien fysikaalisten lakien käyttöönottoon .

Tehoste

Vaikutus löytyy telemetriatiedoista , jotka on kerätty Pioneersin nopeuden ja matkan laskemiseksi. Kun otetaan huomioon kaikki tunnetut kosmiseen kappaleeseen vaikuttavat voimat , havaittiin vastaanotetusta signaalista ajan myötä lineaarisesti kasvava purppuranpunainen lisäsiirtymä , joka tulkitaan erittäin heikoksi voimaksi, jota ei voida selittää nykyisellä mallilla. Tämä voima aiheuttaa laitteen jatkuvan kiihtyvyyden kohti aurinkoa , joka on (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s² [6] .

Voyager 1- ja Voyager 2 -avaruusaluksilla , joiden lentoprofiili on samanlainen kuin Pioneerien, ei ollut voimakasta taipumavaikutusta . Tutkijat kuitenkin huomauttavat, että vertailu ei ole täysin oikea. "Pioneerit" ovat vapaassa lennossa, ja heidän suuntansa on vakiintunut ajoneuvojen oman pyörimisen ansiosta . Voyagereille tarvittava suuntaus saadaan aikaan pienillä potkuriimpulsseilla, jotka voivat vaikuttaa lentorataan [7] .

Muiden avaruusalusten ( Galileo , Ulysses ) tiedot osoittavat samanlaisen vaikutuksen kuin Pioneers, mutta johtuen jälleen useista syistä (kuten laitteen avaruudellisen asennon ohjaamiseen käytettyjen pienten suihkumoottoreiden työntövoiman heikko, ennakoimaton vaikutus), on mahdotonta tehdä tarkkaa numeerista arviota vaikutuksesta. Cassini - Huygens- projektissa vaikutti myös asennonohjausjärjestelmä, joka ei mahdollistanut tarkan vaikutuksen mittaamista. (26,7 ± 1,1) × 10 −10 m/s² saatu tulos ei voi vahvistaa tai kumota poikkeaman olemassaoloa [8] .

Mahdollisia selityksiä vaikutukselle

On olemassa useita teorioita, jotka selittävät Pioneer-ilmiön:

Neptunuksen satelliittien ( Nereid , Proteus , Triton ) [13] kiertoradan tarkimpien ennusteiden perusteella osoitettiin, että Pioneerin kiihtyvyyteen liittyvän lisäkiihtyvyyden käyttöönoton pitäisi johtaa havaittaviin virheisiin näiden satelliittien lentoratojen määrittämisessä. , ja Pioneerin epänormaali kiihtyvyys » liittyy todennäköisesti ei-gravitaatiovoimiin [14] .

On olemassa projekti asteroidien tarkkailemiseksi vaikutusalueella, joka määrittää, onko vaikutus luonteeltaan gravitaatio [15] [16] . Tällä hetkellä on esitetty monia hypoteeseja, joissa selitetään "Pioneerin anomaliaa", esimerkiksi teoria laajamittaisesta laajenevasta avaruudesta ( Karl Johan Marellier ) ja MOND ( Mordechai Milgrom ) [17] .

Poikkeava nopeuden muutos, jota kutsutaan perinteisesti ohilento -anomaaliaksi, joka on hieman samanlainen kuin Pioneerin anomalia, löydettiin neljästä avaruusaluksesta gravitaatioliikkeen aikana lähellä Maata. Ei kuitenkaan ole tarkasti määritetty, johtuvatko ne samoista syistä kuin tarkasteltu poikkeama [18] [19] .

Selitys: Lämpösäteilyn rekyylivoima

Vuonna 1998 ilmestyi hypoteesi, jonka mukaan vaikutus voidaan täysin selittää lämpösäteilyn aliarvioitulla rekyylivoimalla [20] [21] [22] . Tuolloin lämpösäteilyn voimien tarkka arviointi oli kuitenkin vaikeaa, koska tarvittiin kaukomittaustietoja laitteen lämpötiloista ja sen yksityiskohtaisesta lämpöfysikaalisesta mallista, eikä kumpaakaan ollut tuolloin saatavilla. Lisäksi kaikki lämpötilamallit ennustivat vaikutuksen asteittaista vähenemistä ajan myötä, mitä ei havaittu alkuperäisessä analyysissä.

Yksi kerrallaan nämä esteet ratkesivat. Monet vanhat telemetriatietueet on löydetty ja digitoitu. [23] He antoivat kaavioita laitteen yksiköiden tehonkulutuksesta ja lämpötilasta. Useat tutkijaryhmät ovat rakentaneet yksityiskohtaisia ​​lämpötilamalleja [24] [25] [2] , joita voidaan testata tunnettuihin lämpötiloihin ja virrankulutukseen nähden ja jotka mahdollistavat lämpösäteilyn painevoiman kvantifioinnin. Navigointitietueiden pitkä aikaväli osoitti, että poikkeava kiihtyvyys väheni ajan myötä [26] .

Heinäkuussa 2012 Vjatšeslav Turyshev ja työtoverit julkaisivat artikkelin Physical Review Lettersissä , joka selitti poikkeaman:

Tutkimme Pioneer-10- ja Pioneer-11-ajoneuvojen epänormaalin kiihtyvyyden mahdollisuutta, joka johtuu ajoneuvojen lämpösäteilyn anisotrooppiseen emissioon liittyvästä rekyylivoimasta. Tätä varten olemme rakentaneet suunnitteludokumentaation perusteella kattavan lämpöfysikaalisen mallin molempien ajoneuvojen äärellisistä elementeistä. Ratkaisimme sitten numeerisesti lämmönsiirto- ja säteilyyhtälöt käyttämällä todellista telemetriatietoa reunaehtoina. Laskemme tämän mallin tuloksia Pioneer-10:n lämmönsiirtovoiman vaikutuksen eri heliosentrisillä etäisyyksillä. Olemme havainneet, että tuloksena olevan lämpökiihtyvyyden suuruus, ajallinen käyttäytyminen ja suunta ovat samanlaisia ​​kuin havaitun poikkeaman ominaisuudet. Tutkimuksemme uutuus on se, että olemme kehittäneet parametroidun mallin lämmönsiirtovoimasta ja arvioineet tämän mallin kertoimet itsenäisesti [termosfysikaalisesta mallista] Doppler-seurannan navigointidatan mukaan. Emme löytäneet tilastollisesti merkitsevää eroa näiden kahden estimaatin välillä ja uskomme, että kun lämmönsiirtovoima otetaan tarkasti huomioon, poikkeavaa kiihtyvyyttä ei jää jäljelle.

—Physical Review Letters [5]

Tämä artikkeli on yksityiskohtaisin suoritettu analyysi. Lämmönsiirtovoimaan perustuvaa selitystä ovat tukeneet muutkin tutkimusryhmät erilaisilla laskentatekniikoilla. Artikkelit sisältävät lausunnot: "Lämpöpalautuspaine ei ole syy Rosettan ohilennolle , mutta se todennäköisesti ratkaisee Pioneer 10:ssä havaitun kiihtyvyyspoikkeaman." [2] ja "Tämä osoittaa, että kaikki epänormaali kiihtyvyys voidaan selittää lämpötilavaikutuksilla." [27]

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Jordan Ellis ja Craig B. Markwardt. Tuki Pioneerin poikkeaman ajallisesti vaihtelevalle käyttäytymiselle laajennetuista Pioneer 10- ja 11 Doppler -tietosarjoista   // Phys . Rev. kirjaimet. – 2011.
  2. ↑ 1 2 3 Rievers, B.; Lämmerzahl, C. Monimutkaisten järjestelmien korkean tarkkuuden lämpömallinnus sovelluksella ohilento- ja Pioneer-poikkeamiin  // Annalen der Physik  : Journal  . - 2011. - Vol. 523 , no. 6 . - s. 439 . - doi : 10.1002/andp.201100081 . - . - arXiv : 1104.3985 .
  3. ↑ Tutkimus toteaa, että lämpö on 'Pioneer Anomalia'  (eng.) lähde , NASA (17. heinäkuuta 2012). Haettu 23. heinäkuuta 2015.
  4. ↑ Pioneerin poikkeaman lähteen löytäminen. Kolmekymmentä vuotta sitten ensimmäinen avaruusalus, joka lähetettiin tutkimaan ulompaa aurinkokuntaa, alkoi hidastua odottamatta. Nyt vihdoin tiedämme, mitä tapahtui  (englanniksi) , IEEE Spectrum (30. marraskuuta 2012). Haettu 23. heinäkuuta 2015.
  5. ↑ 1 2 Tuki Pioneerin poikkeaman termiselle alkuperälle , Slava G. Turyshev et al, Physical Review Letters , hyväksytty 11. huhtikuuta 2012, katsottu 19. heinäkuuta 2012 doi:10.1103/ PhysRevLett.108.241101 ( 7) iv2510 (7 )
  6. ↑ John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev. Tutkimus Pioneer 10:n ja 11:n epänormaalista kiihtyvyydestä (englanniksi)  // Physical Review D. - 2002. - Voi. 65 , no. 8 . — P. 082004 .  
  7. ↑ Pioneerin poikkeama . Haettu 20. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 26. helmikuuta 2013.
  8. ↑ John D. Anderson, Eunice L. Lau, Giacomo Giampieri. Parannettu yleisen suhteellisuusteorian testi Cassini-avaruusaluksen radio-Doppler-tiedoilla (linkki ei saatavilla) . Haettu 6. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 4. kesäkuuta 2013. 
  9. ↑ Tietokonetutkijat yrittävät murtaa Pioneerin poikkeaman
  10. ↑ Vastuu Pioneer-efektistä annettiin laitteiden geometrialle  // Lenta.ru. - 31.3.2011.
  11. ↑ Masreliez CJ, Pioneer Anomalia - Kosmologinen selitys  (linkki ei saatavilla) . preprint (2005) Ap&SS, v. 299, nro. 1, s. 83-108.
  12. ↑ S. G. Turyshev. Pioneer Anomalia: Vaikutus, uudet tiedot ja uusi tutkimus // Seminaari Sternberg Astronomical Institutessa. Moskovan valtionyliopisto, Moskova, 6. helmikuuta 2007.
  13. ↑ Jacobson RA Neptunuksen satelliittien kiertoradat ja Neptunuksen navan suunta   // ApJ . - 2009. - Vol. 704 . - P. 4322-4329 .
  14. ↑ Iorio L. Haastaako Neptunuksen satelliittijärjestelmä Pioneerin anomalian painovoiman alkuperän?  (englanniksi)  // arxiv.org. – 2009.
  15. ↑ Kadonnut asteroidivihje Pioneerin palapeliin // New Scientist, 10. toukokuuta 2005
  16. ↑ [1] Arkistoitu 31. joulukuuta 2005 Wayback Machinessa // Science Compulenta
  17. ↑ [2] Arkistoitu 23. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa // CNews
  18. ↑ Poikkeava kiihtyvyys havaittu neljässä avaruustehtävässä  // Lenta.ru. - 03.03.2008
  19. ↑ Anderson, John D., et ai. "Epänormaalit kiertoradan energian muutokset havaittiin avaruusalusten ohilennoilla Maan yli." Physical Review Letters 100.9 (2008 ) : 091102. Arkistoitu 24. toukokuuta 2015 Wayback Machinessa 
  20. ↑ Murphy, E.M. Proosallinen selitys kaukaisissa avaruusaluksissa havaituille poikkeaville kiihtyvyyksille (1998).
  21. ↑ Katz, JI :n kommentti aiheesta "Pioneerin 10/11, Galileon ja Ulyssesin tiedoista saatu osoitus ilmeisestä poikkeavasta, heikosta, pitkän kantaman kiihtyvyydestä"  //  Physical Review Letters  : Journal. - {APS, 1999. - Voi. 83 , no. 9 . - P. 1892-1892 . }
  22. ↑ Scheffer, L. Tavanomaiset voimat voivat selittää Pioneer 10:n poikkeavan kiihtyvyyden  // Physical Review  : Journal  . - 2003. - Voi. 67 , no. 8 . — P. 084021 . - doi : 10.1103/PhysRevD.67.084021 . - . - arXiv : gr-qc/0107092 .
  23. ↑ Turyshev, SG ja Toth, V. ja Kellogg, L. ja Lau E. ja Lee, K. Tutkimus pioneeripoikkeamasta: uusia tietoja ja tavoitteita uudelle tutkimukselle  // International Journal of Modern Physics  D : päiväkirja. - World Scientific, 2006. - Voi. 15 , ei. 01 . - s. 1-55 . , sivut 10-15.
  24. ↑ Bertolami, O.; Francisco, F.; Gil, PJS; Páramos, J. Pioneerin anomalian lämpöanalyysi: menetelmä säteilymäärän siirron arvioimiseksi  // Physical Review  : Journal  . - 2008. - Voi. 78 , no. 10 . — P. 103001 . - doi : 10.1103/PhysRevD.78.103001 . - . - arXiv : 0807.0041 .
  25. ↑ Toth, VT ja Turyshev, SG Terminen rekyylivoima, telemetria ja Pioneer-poikkeama  // Physical Review D  : Journal  . - APS, 2009. - Vol. 79 , ei. 4 . — P. 043011 . - arXiv : 0901.4597 .
  26. ↑ Turyshev, SG ja Toth, VT ja Ellis, J. ja Markwardt, CB . Tuki Pioneerin poikkeaman ajallisesti vaihtelevalle käyttäytymiselle laajennetuista Pioneer 10 ja 11 Doppler-tietosarjoista  // Physical Review Letters  : Journal  . - {APS}, 2011. - Vol. 107 , nro. 8 . — P. 81103 .
  27. ↑ Orfeu Bertolami, Frederico Francisco, Paulo JS Gil ja Jorge P'aramos. The Contribution of Thermal Effects to the Acceleration of Deep-Space Pioneer Spacecraft (29.11.2012).

Linkit