Lidošana dziļā kosmosā noteikti radīs daudz noslēpumu, kurus mēs nespēsim atrisināt ļoti ilgā laikā. Un tas nav pārsteidzoši. Tiklīdz pirmie Zemes vēstneši šķērsoja milzu planētu orbītas, kosmoss nekavējoties radīja mums problēmu. Un, lai to atrisinātu, pat tika ierosināts labot fizikas likumus.
Pionieri
Amerikas kosmosa izpētes programmām vienmēr ir bijuši izteikti vārdi un tālejoši mērķi. Saskaņā ar programmu Mercury amerikāņi veica savus pirmos pilotētos lidojumus un izveidoja pirmo astronautu korpusu. Nākamās Dvīņu programmas laikā tika izstrādātas satikšanās un piestāšanas orbītā metodes. Trešā pilotēto kosmisko lidojumu programma bija bēdīgi slavenā Apollo programma. Tās mērķis bija apkalpoti lidojumi uz Mēnesi. Bet starpplanētu kosmosa un debess ķermeņu izpētei tika uzsākta programma Pioneer.
Savu misiju ietvaros Savienotās Valstis laikā no 1958. līdz 1978. gadam kosmosā nosūtīja vairākas pētījumu zondes. Kosmosa kuģis lidoja uz Sauli, Venēru un Mēnesi, izmeklēja komētas, kas tuvojās mums. "Pioneer-3" atklāja otro Zemes radiācijas jostu, un "Pioneer-7" piedalījās Halija komētas izpētē. Mūsdienās ir labi zināmi divi programmas kosmosa kuģi. Tie ir Pioneer-10 zondes (palaisti 1972. gada martā) un Pioneer-11 (1973. gada aprīlis), vieni no pēdējiem, kas tika palaisti.
Zonde "Pioneer-10" montāžas procesā
wikipedia.org
Reklāmas video:
Vēlāk NASA uzsāka citas pētniecības programmas. Ar jaunām, modernākām zondēm. 1977. gadā jau Voyager programmas ietvaros Voyager 1 un Voyager 2 tika nosūtīti uz Saules sistēmas tālām planētām. Un 2003. gadā tika uzsākta programma New Frontiers, kuras ietvaros New Horizons, Juno un OSIRIS-REx devās kosmosā. Bet 50. gados, kad programma bija tikai sākusies, tās ierīces Amerikas Savienotajās Valstīs tika uzskatītas par kosmosa pionierēm, un tāpēc tās sauca par “Pionieriem”. Pioneer 10 un Pioneer 11 bija pirmie kosmosa kuģi, kas lidoja cauri galvenajai asteroīda jostai, un pirmie, kas tuvākā attālumā pētīja Jupiteru.
Pionieri varēja būt pirmie, kas aizgāja ārpus Saules sistēmas, bet 1998. gadā ātrāks Voyager 1 pārspēja Pioneer 10, kuram šajā Saules sistēmas tūrē bija līdera dzeltenais krekls.
Anomālija
Pirmo reizi zondes lidojuma trajektorija tika atklāta 80. gados. Līdz šim laikam zondes jau ir izpildījušas savu galveno misiju. Pioneer 10 lidoja tuvu Jupiteram 1973. gada decembrī, precizējot tā masu un izmērot magnētisko lauku. Pionieris 11 tuvojās planētai tieši gadu vēlāk: 1974. gada decembrī. Pēc detalizētu attēlu uzņemšanas viņš devās uz Saturnu. 1979. gadā ierīce pārsūtīja planētas un tās pavadoņa Titāna attēlus uz Zemi.
Galvenā misija beidzās, bet tika nolemts izmantot kosmosa kuģa Pioneer-10 lidojuma trajektorijas novērošanas datus, lai, kā joprojām tika pieņemts, meklēt Saules sistēmas desmito planētu. Un tagad tas ir devītais (pēc pazemināšanas Plutonā). Ja notiktu trajektorijas novirze, tad, kā zinātnieki uzskatīja, tās būtu neatklātas planētas smaguma sekas. Atkāpe tika konstatēta, taču šīs anomālijas iemesls nekādā ziņā nebija planēta Saules sistēmas malā. Bet, kas ir pats interesantākais, anomālija vēlāk tika atrasta dvīņu zondes laikā.
"Pionieru" un "Voyagers" izejas ārpus Saules sistēmas ilustrācija
wikipedia.org
Mūsdienās transportlīdzekļi lido dažādos virzienos. Pionieris 10 virzās uz Piena Ceļa malu Vērsta zvaigznāja virzienā. Savukārt tā dvīnis ir virzienā uz Galaktikas centru, uz Vairoga zvaigznāju. Jāsaprot, ka abas zondes tagad atrodas brīvā lidojumā. Kosmosa kuģa lidojumu ietekmē tikai iepriekš iegūtais paātrinājums un ārējie spēki. Spēki ir gravitācijas un negravitācijas spēki.
Starp negravitācijas, piemēram, saules starojuma spiedienu, kas izraisa paātrinājumu, kas vērsts no Saules. Un Saules gravitācija, gluži pretēji, velk transporta līdzekļus zvaigznes virzienā, izraisot paātrinājumu, kas vērsts pret Sauli, tas ir, tas tos palēnina. Tiek aprēķināti un ņemti vērā visi spēki, kas var ietekmēt kosmosa kuģa lidojumu. Izņemot vienu. Viens nezināms un nesaprotams spēks atvelk zondes atpakaļ. Tieši viņa ir iemesls "Pionieru" mīklu rašanai. Jauda ir niecīga, bet tā tur ir. Jaunākie aprēķini, kas iegūti līdz 2002. gadam, norāda, ka neizskaidrojamā negatīvā paātrinājuma lielums ir (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Tas ir niecīgi, bet jau ir izraisījis transportlīdzekļu novirzi aptuveni 400 tūkstošu kilometru attālumā no aprēķinātās trajektorijas. Šķiet, ka zondes ir nobraukušas miljardiem kilometru. Laikā, kad tika zaudēta saziņa ar "Pioneer-10" (2003. gada 23. janvāris), tas atradās vairāk nekā 12 miljardu kilometru attālumā no mums. Tās ir 82 astronomiskās vienības, tas ir, 82 attālumi no Zemes līdz Saulei. Sakari ar "Pioneer-11" tika zaudēti 1995. gada 30. septembrī, ierīce jau atradās 6,5 miljardu kilometru attālumā no Saules jeb 43 ĀS. e.
Un kas tie ir simtiem tūkstošu, salīdzinot ar miljardiem kilometru? Bet zinātnei šīm nenozīmīgajām vērtībām var būt liela nozīme. Atkāpe no normas, no parastās izpratnes par lietām, tas ir, anomālijas var norādīt uz kaut ko nozīmīgu, bet tomēr neatklātu. Turklāt astrofizikā.
Anomālija Urāna kustībā noveda pie jaunas planētas - Neptūna - atklāšanas. Anomālija dzīvsudraba kustībā, kas tika atklāta 1859. gadā, tika izskaidrota tikai ar Alberta Einšteina vispārējo relativitātes teoriju, kuru viņš izstrādāja 1915. gadā. "Pionieru" anomālijas risinājums var mūsdienu fiziku apvērst otrādi vai, gluži pretēji, būt diezgan triviāls. Tāpēc tas vajā daudzus zinātniekus.
Var rasties jautājums: kā zinātnieki aprēķināja ātrumu un attiecīgi transportlīdzekļu paātrinājumu? Zondes jau sen nav pieejamas novērošanai. Ne Habla, ne kāds cits teleskops neredzēs zondes, kas lido prom no mums. Zondes ātruma kontrole tiek veikta, izmērot radio signāla Doplera frekvences maiņu, kas tiek nosūtīts zondes virzienā un saņemts no tā atpakaļ. Tas ir balstīts uz to pašu Doplera efektu, ko izmanto, lai noteiktu transportlīdzekļu ātrumu. Efekts izpaudās tā saucamās violetas nobīdes, radio signāla nobīdes uz spektra īso viļņu reģionu veidā, kas nozīmē, ka zondes sāka palēnināties.
Bet, ja mēs runājam par efektu, kas var ietekmēt divu zondu kustību, tad tas var ietekmēt arī citus? Mēs jau teicām, ka pēc programmas Pioneer bija arī citi. Bet pionieri ilgstoši lido bez papildu kursa labojumiem. Bet dzinēji joprojām koriģē lidojuma trajektoriju un citu zondu orientāciju. Tāpēc precīzus ietekmes mērījumus, ja tādi ir, nevar veikt.
Iespējamie anomālijas cēloņi
Gadu gaitā, kas tika veltīts šīs mīklas risinājumu atrašanai, tika izvirzīti daudzi pieņēmumi. Pirmais ir kļūdas novērojumos un iegūto datu interpretācijā. Bet viņš tika pamests gandrīz nekavējoties. Anomālija tika piedēvēta dažādu iemeslu dēļ. Bremzēšana uz starpplanētu vides (putekļi, gāzes mākoņi utt.) Kuipera jostas objektu gravitācijas pievilcība. Noplūdes gāze, piemēram, hēlijs, ko izmanto kā darba šķidrumu radioizotopu ģeneratoros. Iemesls tika meklēts arī elektromagnētiskajos spēkos, ko rada zondu uzkrātais elektriskais lādiņš. Un, protams, tas tika attiecināts uz tumšās matērijas vai tumšās enerģijas ietekmi. Ne bez ieteikumiem labot esošo fiziku. Iepriekšējie pieņēmumi sniedza efektu bez gravitācijas. Izraēlas fiziķis Mordechai Milgroms 1983. gadā ierosināja tā saucamo modificētās Ņūtona dinamikas (MOND) teoriju. Viņa ir alternatīvas gravitācijas teorijas piemērs. Saskaņā ar MOND teikto, kad mums ir darīšana ar ķermeņiem, kas pārvietojas ar īpaši zemu paātrinājumu, Ņūtona mehānika ir jālabo.
Tomēr šķiet, ka iemesls “Pionieru” anomālajam paātrinājumam ir atrasts. Bet vispirms nedaudz pateiksim par ierīču dizainu. Zondes ir aprīkotas ar zinātniskiem instrumentiem un parabolisko antenu ar 2,75 metru diametru saziņai ar Zemi. Visam šim aprīkojumam bija nepieciešama barošana. Paskatieties uz pionieru celtniecību. Vai jūs redzat saules paneļus, kas ir pazīstami ar satelītiem? Nē. Kosmosa kuģiem, kas pēta Saules sistēmas tālās planētas, saules paneļiem nav jēgas. Dodoties dziļāk kosmosā, samazinās saules starojuma intensitāte. Saules enerģija vairs nav pietiekama, lai darbotos saules baterijas.
Aparāta "Pioneer-10" shēma
wikipedia.org
Atšķirībā no zondes, kas lido uz mūsu sistēmas iekšējām planētām, radioizotopu termoelektriskie ģeneratori, izmantojot plutoniju-238, tiek uzstādīti uz kuģa lidojumiem uz Jupiteru, Saturnu un citām tālajām planētām. Tie nav kodolreaktori. Viņi strādā savādāk. Radioizotopu ģeneratori izmanto siltumenerģiju, kas izdalās radioaktīvo izotopu dabiskās sabrukšanas laikā, un, izmantojot termoelektrisko ģeneratoru, pārveido to elektrībā. Plutonijs-238 ir tieši tāds radioaktīvs izotops, kura sabrukšana darbina zondes klāstā esošo aprīkojumu. Katrai zondei ir četri ģeneratori, kas ir piestiprināti pie diviem trīs metru balstu stieņiem, prom no aparāta zinātniskajiem instrumentiem.
Lai izpētītu Pionieru anomāliju, ASV Nacionālās kosmiskās aviācijas aģentūras reaktīvo dzinēju laboratorijā tika izveidota pētnieku grupa. To vadīja mūsu tautietis, Maskavas Valsts universitātes Fizikas nodaļas absolvents Vjačeslavs Turiševs. Pētnieki spēja izveidot matemātisku modeli, kas izskaidro "Pionieru" anomālo paātrinājumu vismaz 70%. Viņuprāt, viss punkts ir siltuma plūsmās, kas nāk no zondes dažādos virzienos. Un galvenais siltuma avots ir radioizotopu ģeneratori, kas piegādāja enerģiju borta iekārtām. Siltums tika iegūts no instrumentu darbības. Kad instrumenti tika izslēgti, arvien vairāk enerģijas tika iztērēta zonžu sildīšanai. Karstums tika izstarots kosmosā. Aprēķinot paredzamo lidojuma trajektoriju, tas bija par zemu novērtēts termiskā starojuma atsitiena spēks. Tomēr siltuma starojuma spiediens ir nevienmērīgs. Lidojuma laikā zondes tiek stabilizētas, rotējot ap garenisko asi. Siltums, kas izstarots perpendikulāri gareniskajai asij, vienmērīgi izkliedējas visos virzienos un neietekmē zondu kustību. Bet gar asi ir arī starojums. Un tas izstaro nevienmērīgi. Aprēķini parādīja, ka siltuma plūsma, kas izstarota transportlīdzekļa kustības virzienā, dod lielāku atdevi nekā tā, kas dodas pretējā virzienā, tas ir, tas to pārspēj un rada bremzēšanas efektu.tas ir, tas to pārspēj un rada kavējošu efektu.tas ir, tas to pārspēj un rada kavējošu efektu.
Raidīšanas antenas atpakaļskats
nasa.org
Bet kāds ir atlikušo 30% iemesls? Varbūt Portugāles Plazmas un kodolsintēzes institūta fiziķiem izdevās atrast skaidrojumu. Viņi gāja pa to pašu ceļu kā Turiševa grupa. Bet mēs vairāk uzmanības pievērsām zonžu raidīšanas antenai, kurai, mēs atceramies, ir gandrīz trīs metru diametrs. Pēc jauno zondu matemātiskā modeļa, veicot jaunus aprēķinus, viņi secināja, ka termiskais starojums, kas atspoguļojas no antenas aizmugures, dod to pašu trūkstošo impulsu.
Šķiet, ka noslēpums, kas vajāja zinātniekus, ir atrisināts. Cilvēce turpina pētīt kosmosu. Jaunām mīklām un aizraujošiem to risinājumu meklējumiem.
naturalphilosophy.org
Sergejs Sobols