Päikesesüsteemist väljuvate sondide veidra kiirenduse põhjused on selgunud

 (29)
www.FORTE.ee
                     
Päikesesüsteemist väljuvate sondide veidra kiirenduse põhjused on selgunud
Foto: NASA / Wikipedia, vabakasutuseks

Päikesesüsteemist välja triivivate kosmosesondide Pioneer 10 (pildil) ja 11 ebatavalisi trajektoore ei põhjusta mingisugune eksootiline uus füüsika, vaid täiesti maine, radioaktiivsest lagunemisest tingitud jääksoojuskiirgus.

Taolisele järeldusele jõudsid USA ja Kanada uurijad, kõrvutades ühe sondi termiliste jõudude äärmiselt üksikasjalise raalsimulatsiooni tulemusi lennu trajektoori põhjal arvutatud samade jõududega. Uurimus annab lisaks mõista, et ülemäärase kiirenduse aeglane kahanemine johtub elektrienergia tootmise ja teaduslikele instrumentidele jaotamise iseärasustest sondide pardal, vahendab Physics World.

Juba enam kui kümme aastat on füüsikud teadnud, et sondide Pioneer 10 ja 11 trajektoore pole võimalik selgitada tavafüüsikaga. Nn Pioneeride anomaalia seisneb selles, et mõlemat Päikesesüsteemist välja suunduvat sondi paistab Päikese poole tõukavat või tõmbavat mingisugune täiendav kiirendus, mis on kümme miljardit korda nõrgem Maa gravitatsioonist.

Anomaalsele kiirendusele on pakutud mitmeid selgitusi tumeaine gravitatsioonilisest tõmbest ja Einsteini üldrelatiivsusteooria kohendustest kuni stringiteooria ja/või supersümmeetriani.

2011. aastal näitas Californias tegutseva reaktiivuuringute laboratooriumi Jet Propulsion Laboratory uurija Slava Turõševi juhitud töörühm, kuhu kuulusid veel Viktor Toth, Jordan Ellis ja Craig Markwardt, et kiirenduse määr kahaneb ajas eksponentsiaalselt.

Arvestades tõika, et kummagi kosmosesondi elektri toodavad termoelektrilised radioisotoop-generaatorid e radio-termopatareid (ingl RTG, radioisotope thermoelectric generator), mida käitab radioaktiivselt laguneva plutooniumi — ajas eksponentsiaalselt hääbuva energiaallika — soojus, pakkusid Turõšev ja kolleegid välja hüpoteesi, mille kohaselt võib seletamatut lisakiirendust põhjustada soojuse kiirgamine mõnes konkreetses suunas. 

Tolle selgituse juures on aga üks probleem — nimelt on kosmosesondi kiirenduse eksponentsiaalse kahanemise poolestusaeg umbes 27 aastat, samas kui plutoonium-238 poolestusajaks on 88 aastat.

Kontrollimaks, kas soojuskiirgus ka tegelikult anomaaliat tekitab, ühendasid Turõšev, Toth ja Ellis jõud veel kolme uurija, Gary Kinsella, Siu-Chun Lee ja Shing Lokiga, et konstrueerida kosmosesondi termiliste omaduste ülitäpne raalsimulatsioon, mis annaks ülevaate suundadest, milles võtmetähtsad komponendid soojust kiirgavad.

Tõhus kiirendus

Simulatsioon näitas, et kosmosesondi pardal on kaheks peamiseks soojuskiirguse-allikaks radio-termopatarei ise ning selle käitatavad teadusinstrumendid.

Nood instrumendid, mis paiknevad valdavalt sondi tagaosas, on suunatud Päikesest eemale ning simulatsiooni kohaselt on nende soojuskiirgus sondi Päikese suunas kiirendamisel suhteliselt tõhus. Radio-termopatarei paikneb aga hoopis sondi kere ühes servas ning kiirgab jääksoojust märksa ühtlasemalt igas suunas.

Uurimus annab mõista, et radio-termopatarei ja instrumentide suhteliste panuste väljaselgitamine anomaalsele kiirendusele on võtmetähtis mõistmaks, miks anomaalse kiirenduse täheldatud kahanemine on kiirem plutoonium-238 lagunemistempost.

Turõševi osutusel kahaneb radio-termopatarei tuumas soojust elektriks muundavate termopaaride tõhusus pidevalt, kusjuures tõhususe taolisel langusel on 88 aastast mõnevõrra lühem poolestusaeg. Sedamööda, kuidas termopaaride tõhusus kängub, jõuab instrumentideni vähem elektrienergiat, mis tähendab, et anomaalne kiirendus langeb kiiremini kui võiks eeldada ainuüksi radioaktiivse lagunemise põhjal. Ehkki ajapikku hajutab radio-termopatarei üha rohkem soojust, on selle mõju kosmosesondi liikumisele väike.

Ülestähendused ja mälestused

Turõševi sõnul oli simulatsiooni väljatöötamise juures kõige suuremaks väljakutseks rohkem kui 40 aastat tagasi konstrueeritud ja valmis ehitatud kosmosesonde puudutava täpse ja täieliku teabe puudumine.

Nii pidi töörühm küsitlema kosmosesondide ehitamisel osalenud insenere, kellel oli veel alles ülestähendusi ja mälestusi konstruktsiooniprotsessist ja kasutatud materjalidest. Samuti olid töörühma edu jaoks kriitiliselt tähtsad lennu käigus raadio teel Maale saadetud andmed, mis võimaldasid hinnata raalmudeli täpsust ja tuletada ka mõnede sondide ehitamisel rakendatud materjalide termilisi omadusi.

Lisaks viis töörühm läbi Pioneer 10 trajektoori sõltumatu analüüsi, mille alusel said uurijad samuti tuletada radio-termopatarei ja instrumentide suhtelisi panuseid anomaalsele kiirendusele. Nii termosimulatsioonid kui trajektoorianalüüs andsid ühesuguseid tulemusi, mis mahtusid eksperimentaalsete ja arvutuslike vigade piiresse.

Soojus- ja trajektooriuuringute klappivus avaldas muljet Saksamaal tegutseva Bremeni ülikooli teadlasele Bennu Rieversile. Koos kolleeg Claus Lämmerzahliga on Rievers samuti sondide käitumist raalmudeldanud ja näidanud, et Pioneeride anomaalia tõenäoliseks põhjuseks võivad olla suunatud soojusemissioonid.

"Leian, et mõistame nüüd lõplikult, mis sondide pardal toimub ning et anomaaliat selgitab täies ulatuses anisotroopne soojuskiirgus," arvas Rievers.

Teadustöö on loetav trükis veel ilmumata uurimusi koondavas teadusserveris arXiv.

Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!


Nimi
Kommenteerimistingimused