Päikesesüsteemist väljuvate sondide veidra kiirenduse põhjused on selgunud

 (32)
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!

Jäta kommentaar
või kommenteeri anonüümselt
Postitades kommentaari nõustud reeglitega
Loe kommentaare Loe kommentaare
NASA: Kuu pind särtsub ja sulab päikesetormide ajal (18) NASA: Kuu pind särtsub ja sulab päikesetormide ajal
Kuna Kuul praktiliselt puudub atmosfäär, on selle pind halastamatule kosmosekeskkonnale suuresti avatud. Väikesed meteoroidid „mikserdavad“ pidevalt Kuu pealispinda katvat tuhka ja kivimeid e nn regoliiti. NASA värske uuring annab mõista aga, et nn päikesetormid võivad Kuu pinnal tekitada sädemeid, mis pinnast aurustavad ja isegi sulatavad.
Kaugete tähtede kokkupõrge toob varsti öötaevasse uue üliereda taevakeha (58) Kaugete tähtede kokkupõrge toob varsti öötaevasse uue üliereda taevakeha
Kahe kaksiksüsteemi kuuluva tähe kokkupõrget - õigemini ühekssulamist - ja selle tulemusena tekkivat uut ülieredat tähte prognoosib USA astronoom Larry Molnar ning üldiselt ollakse astronoomiamaailmas temaga nõus. See oleks esimene kord, kui uue tähe sündi ette teame.
Kaks pallikest jäises tühjuses: Kuu ja Maa pildistatuna 127 miljoni kilomeetri kauguselt (30) Kaks pallikest jäises tühjuses: Kuu ja Maa pildistatuna 127 miljoni kilomeetri kauguselt
Foto tegi mullu 20. novembril NASA sond Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), mis novembrist 2006 ümber punase planeedi tiire teeb ja seda uurib.
NASA kratsib kollektiivselt kukalt, sest veebruaris möödub Maast üpris kummaline objekt (75) NASA kratsib kollektiivselt kukalt, sest veebruaris möödub Maast üpris kummaline objekt
Meist mööda lendava segadusttekitava taevakeha nimi on 2016 WF9 ja seda märkas esmakordselt novembri lõpus NASA asteroidide ja komeetide tuvastussüsteem NEOWISE. Maale kõige lähemal, 51 miljoni kilomeetri kaugusel on see 25. veebruaril.
Aastaid astronoomidele mõistatuseks olnud müstiliste raadiolainete pursete lähtepunkt on teada (49) Aastaid astronoomidele mõistatuseks olnud müstiliste raadiolainete pursete lähtepunkt on teada
Ent nende põhjustaja püsib jätkuvalt ebaselge.
Taani piloodid näitavad: Parimad trikid, mida hävitajaga F-35 õhus teha saab (67) Taani piloodid näitavad: Parimad trikid, mida hävitajaga F-35 õhus teha saab
Lockheed Martin F-35 Lightning II on hetke kõige kuumem nimi hävituslennukite maailmas, kuigi selle valmimine ongi tootjale palju peavalu valmistanud. Nüüd on lennuk kasutamiseks valmis ja erinevate riikide piloodid annavad oma parima, et selle kogu võimekust ära kasutada.
Ainult ühel Päikesesüsteemi kuul on magnetväli (ja mis sellest sõltub) (19) Ainult ühel Päikesesüsteemi kuul on magnetväli (ja mis sellest sõltub)
Enamasti on kuud üsna rahuliku loomuga taevakehad. Suurem osa neist pole muud kui peremeesplaneetide ümber tiirlevad külma kivimi kamakad, mille põues geoloogiline aktiivsus praktiliselt puudub.
Mida teeb vette visatud suitsukoni? (20) Mida teeb vette visatud suitsukoni?
Paljud suitsetajad viskavad suitsukoni looduses viibides rahulikult maha või vette, eeldades, et orgaanilise materjalina laguneb see keskkonnale erilist kahju tekitamata. Siiski pole see nii, kirjutab Yle.
Selline näeb välja kõige kauem elav selgroogne (21) Selline näeb välja kõige kauem elav selgroogne
Põhja-Jäämere ja Atlandi ookeani põhjaosa sügavustes ujuvat atlandi polaarhaid ehk grööni haid võib värske analüüsi kohaselt pidada maailma pikima elueaga selgroogseks.
GRAAFIK: kui kõrge tänahommikune Läänemere tormilaine õigupoolest oli? (36) GRAAFIK: kui kõrge tänahommikune Läänemere tormilaine õigupoolest oli?
Põhjanaabrite rahvusringhääling Yle andis päeva hakul teada, et Läänemere põhjaosas on registreeritud erakordselt kõrgeid laineid. Yle meteoroloogi Kerttu Kotakorpi sõnul oli suurim üksik mõõdetud lainekõrgus umbes 14 meetrit - see on väga haruldane.
Õudsed ööloomad: Brasiilia vampiirnahkhiirele hakkas ootamatult inimveri mekkima (11) Õudsed ööloomad: Brasiilia vampiirnahkhiirele hakkas ootamatult inimveri mekkima
Brasiilias elab kolm veretoidulist nahkhiireliiki, kellest vaid üht on seni imetajate (kari- ja koduloomade) verest toitumisega seostatud. Selgub aga, et ka üks teine nahkhiir on nüüd hakanud imetajaverele mõeldes keelt limpsama. Ja seda loomakest huvitavad inimesed.
Prantsusmaa keelustas plastikust toidunõud – kas Eesti on järgmine? (38) Prantsusmaa keelustas plastikust toidunõud – kas Eesti on järgmine?
Paar nädalat tagasi vapustas maailma meediat uudis Prantsusmaal jõustunud seadusest, millega keelati klassikaliste plastikust toidunõude kasutamine – edaspidi saavad Pariisi arvukad tänavakohvikud kasutada vaid biolagunevad söögiriistasid. Keeld on leidnud elavat vastukaja ning ka vastuseisu.
California pealinn kutsus konksumeeste abil esile hiigelsuure üleujutuse (6) California pealinn kutsus konksumeeste abil esile hiigelsuure üleujutuse
Pealtvaatajate mass kogunes üleeile vaatama Sacramento kalatõkke luukide avamist, millega üritati ohtlikult kõrgele kerkinud Sacramento jõe veetaset alandada, sealset vett madalamatele aladele suunates, paraku jäi ööpimeduses toimunud avamine paljudel siiski nägemata.
Ateistid on nördinud: Mark Zuckerberg soovis hiljuti häid jõulupühi (18) Ateistid on nördinud: Mark Zuckerberg soovis hiljuti häid jõulupühi
Facebooki juhi Mark Zuckerbergi sissekanne 25. detsembrist, kus ta soovis kõikidele häid jõulupühi ja hanukkat, kutsus esile hiigelsuure debati, enam kui 27 000 kommentaariga kogu maailmast. Teatud osa kommenteerijaist paistis tõsiselt häirivat see, et Zuckerberg ei olegi ateist.