Pionierska anomalia rozwiązana przez technikę grafiki komputerowej lat 70.

W ciągu ostatniej dekady anomalia pionierów stała się jedną z największych nierozwiązanych zagadek w astrofizyce.

Problem w tym. Sonda Pioneer 10 i 11 została wystrzelona w kierunku Jowisza i Saturna na początku lat 70. XX wieku. Po ich odpowiednich przelotach kontynuowali trajektorie ucieczki z Układu Słonecznego, oba zwalniając pod wpływem grawitacji Słońca. Ale dokładne pomiary pokazują, że statek kosmiczny zwalnia szybciej niż powinien, jakby był przyciągany przez dodatkową niewidoczną siłę w kierunku Słońca.

To spowolnienie jest niewielkie: zaledwie (8,74±1,33)×10^−10 ms^−2. Wielkie pytanie brzmi, skąd to się bierze.

Pierwszą myślą inżynierów statków kosmicznych było to, że ciepło emitowane przez statek kosmiczny może powodować dokładnie takie spowolnienie. Ale kiedy zbadali sposób, w jaki ciepło było wytwarzane na statku przez pluton na pokładzie i w jaki sposób musiało to być emitowane, nie byli w stanie zsumować tych liczb. Stwierdzili, że co najwyżej efekty termiczne mogą odpowiadać za zaledwie 67 procent spowolnienia.

Doprowadziło to do wielu innych pomysłów, z których niektóre omówiłem na tym blogu. Na przykład w zeszłym roku przyjrzeliśmy się pracy wykluczającej możliwość, że grawitacja może być silniejsza na tych odległościach, ponieważ powinniśmy być w stanie zaobserwować podobny efekt na orbicie innych odległych obiektów, takich jak Pluton.

Teraz Frederico Francisco z Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear w Lizbonie (Portugalia) i kilku kumpli twierdzą, że odkryli, gdzie obliczenia termiczne poszły nie tak.

Ci faceci przerobili obliczenia, używając modelu komputerowego nie tylko tego, jak ciepło jest emitowane, ale także jak jest odbijane od różnych części statku kosmicznego. Kluczowe okazują się refleksje.

Wcześniejsze obliczenia tylko oszacowały efekt odbić. Tak więc Francisco i spółka zastosowali technikę modelowania komputerowego o nazwie Cieniowanie Phong aby dokładnie ustalić, w jaki sposób emitowane ciepło jest odbijane i w jakim kierunku ostatecznie się przemieszcza.

Cieniowanie Phong zostało wymyślone w latach 70. i jest obecnie szeroko stosowane w wielu pakietach renderujących do modelowania odbić w trzech wymiarach. Został pierwotnie opracowany do obsługi odbić światła widzialnego od obiektów 3D, ale działa równie dobrze w świetle podczerwonym, mówią Francisco i spółka.

W szczególności cieniowanie Phong pozwoliło portugalskiemu zespołowi po raz pierwszy uwzględnić efekt ciepła emitowanego z części statku kosmicznego zwanej głównym przedziałem wyposażenia. Okazuje się, że ciepło z tylnej ściany tego przedziału odbija się od tylnej części anteny statku kosmicznego (patrz schemat powyżej).

Ponieważ antena skierowana jest w stronę Słońca, w kierunku Ziemi, odbicia od jej tyłu spowalniałyby statek kosmiczny. Promieniowanie z tej ściany w pierwszej iteracji odbije się od anteny i doda swój wkład do siły w kierunku słońca, powiedzmy Francisco i spółka.

I oto ten dodatkowy składnik siły robi różnicę. Jak ujął to Francisco i współpracownicy: Dzięki przedstawionym tu wynikom staje się coraz bardziej oczywiste, że dopóki nie pojawią się nowe dane, zagadka anomalnego przyspieszenia sond Pioneer może wreszcie zostać rozwiązana. Innymi słowy, anomalia znika.

Oczywiście inne grupy będą chciały potwierdzić te wyniki, a zespół z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie, który zgromadził dane o sondach, obecnie bada własny komputerowy model budżetów termicznych.

Ciekawe, czy się zgodzą. Jeśli to zrobią; problem rozwiązany. Prawdopodobnie!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1103.5222 : Modelowanie odbiciowego wkładu termicznego w przyspieszenie pionierskiego statku kosmicznego

Możesz teraz śledzić blog The Physics arXiv na Świergot

ukryć