Bildekreditt: NASA
I økologi er en pioner en "art som etablerer seg i et tidligere karrig miljø". Blant mennesker "pionerer" på ukjent eller ikke-hevdet territorium. Blant astrofiler var Pioneer vår første innsats for å undersøke solsystemet. Men det ser ut til at NASAs tvillingpionerarbeid nå har gjort mindre fremgang mot stjernene enn forventet, og spørsmålet er "Hvorfor?".
Når NASA designer et oppdrag blir det antatt forutsetninger om håndverkets driftsmiljø. Opprinnelig hadde NASA noen dype bekymringer for å sende de to Pioneer-sonder gjennom asteroidebeltet - tross alt, alle de store kunne få selskap av mange små!
I mellomtiden må NASA planlegge en flyvei for å ta fartøyet dit den skal. Basert på rute, oppdragsbelastning og andre krav, må tilstrekkelig skyvekraft tilveiebringes for å gi det nødvendige løftet. Den store faktoren som påvirker skyvekraften er tyngdekraften - jo mer du har, jo mer krefter trenger du.
Noe av det geniale ved Pioneer 10 og 11 var NASAs valg om å utstyre paret med toveiskommunikasjon som er følsom for doppler-skift. Basert på frekvensskift kunne NASA bestemme fartøyets hastighet i forhold til mottaksstasjoner på jorden. Ved å bruke disse dataene, kunne NASA justere thrustere for å finjustere sondebane mot sine mål. (Begge båtene fløy av Jupiter mens Pioneer 11 passerte nær Saturn.)
Så lenge sonderne hadde drivstoff, kunne kontrollkontrollene justere hastigheter og bane. Men når brennstoffet først var tomt, kunne paret bare gjøre fremskritt basert på treghet og slyngekraft som leveres av en Gas Giant.
Det var under treghetsflukt at avvik begynte å dukke opp i bevegelsene til de to fartøyene. Doppler-skift viste en uventet retardasjon rett utenfor bane til Uranus. På noen 20 jord-solavstander (astronomiske enheter - AUer) begynte NASA å se et "blått skifte" i sondeoverføringer. Paret fortsatte å "synge blues" mens de overgikk Neptuns bane 10 AU senere. I dag har sonderne falt under de forventede stedene med en avstand større enn jorden til månen ...
Spekulasjoner om årsaken til det blå skiftet florerer. Selv har Pioneer 10 & 11 lenge blitt utelukket som kilden. Mest tenking siterer en uventet økning i gravitasjonstrekk mot Sola. Når du sender signaler tilbake til jorden, "faller" håndverkets elektromagnetiske bjelker videre inn i solsystemets tyngdekraftsbrønn, og den brønnen er på en måte "brattere" enn en gang trodde. I dag er paret ikke så langt med i sin utgående reise som forventet.
Spørsmålet er: "Hva er kilden til den uventede økningen i tyngdekraften som påvirker sonderne?". Ett svar ligger i "mørk materie". Merkelig nok ligger en annen i “mørk energi” - den motsatte tyngdekraften i universet. En tredje er i domenet til “strengteori” (to lokale “branes” - ekvivalent med lokale n-dimensjonale “tektoniske plater” - kan krysses i vårt system). En teori forholder seg til "tilbake-gravitasjonstrekk" (fra motsatt side av solsystemet overfor hver sonde). Det er også mulighet for at paret har "Solar Quadrupolar Moments" eller blir bremset av uventet materiale i Kuiper Belt utenfor Uranus.
Men når det gjelder å sortere gjerningsmennene, kan vi vanligvis ta inspektør Louies råd fra filmen Casablanca: "Rund opp de vanlige mistenkte."
Begge sonder er nå mer enn 70 år unna solen - men fremdeles innenfor solsystemets Kuiper Belt. Deres retardasjonsmønster antyder at kilden til avviket er utbredt og konstant. I en artikkel fra 15. mars 2005 med tittelen “Pioneer anomaly: Gravitational pull due to Kuiper belt”. Jose A. Diego og andre etterforskere fra Institute of Astronomy fra National Autonomous University of Mexico skriver: “... det er ikke nødvendig å påkalle alle de mørke kreftene i universet i begynnelsen, prøv først å forklare dette fenomenet med lokale, hverdagslige fysikk, og hvis dette ikke er nok, bruk tunge maskiner. ”
Og hverdagens fysikk? Hvorfor Kuiperbeltet selvfølgelig! Men ikke akkurat den samme gamle Kuiper Belt. For Jose et al begynner Kuiper-beltet nå 10AU-er nærmere Solen - rett utenfor bane til Uranus - og har en tykkelse på 1 AU. Lagets Kuiper Belt har fått masse til nesten det dobbelte av jordens - litt mindre enn ti ganger opprinnelig foreslått. I tillegg er massen partisk mot bane til Uranus. Økningen i masse skyldes det faktum at opprinnelige estimater i total Kuiper Belt-masse var basert på små partikkelstørrelser. Ved å inkludere is av større størrelse - sammen med gasser i sin sammensetning, tror gruppen nok masse kan redegjøres for hvorfor sonderne ble bremset opp og bæresignaler forskjøvet.
Teamet fortsetter med å si: "... det er viktig å påpeke at beltet også ville påvirke Neptuns bane ...". Effektivt en økning i masse i Kuiper Belt ville føre til at Neptun spiraliseres litt nærmere solen. Teamet anslår at planetens massesenter ville skifte 1,62 kilometer med hver full revolusjon på 164,8 terran år.
"Radial tetthet av massen som trengs for å forklare den konstante akselerasjonen mot solen målt ved Pioneer romhåndverk, kan forklares med modeller av solsystemdannelse." skriver teamet. For å forklare den større konsentrasjonen av masse rundt Uranus 'bane, fortsetter de for å beskrive "en innoverføring av materiale" mot Uranus bane over tid.
En annen potensiell kilde til uventet avtakning er å dra på farkosten forårsaket av en jevn strøm av partikler i beltet. I dette scenariet ville Kuiper-beltet også ha mer materie enn opprinnelig antatt, men at materialet ville bli jevnt fordelt (for å gjøre rede for det konstante tapet som ble sett i hver sondes momentum).
Uansett hva den endelige kilden til sonens retardasjon er, er det ingen frykt for at paret - som de tre tidligste forgjengerne - vil vende kurs og brenne opp i enhver atmosfære i nærheten av oss. Disse to pionerene er fremdeles bestemt til å "bosette seg i ukjent eller ikke-hevdet territorium" som menneskehetens første utsendinger til stjernene.
Skrevet av Jeff Barbour
