Päikesesüsteemist väljuvate sondide veidra kiirenduse põhjused on selgunud

 (30)
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!

Enim loetud
Jäta kommentaar
või kommenteeri anonüümselt
Postitades kommentaari nõustud reeglitega
Loe kommentaare Loe kommentaare
Nurin Brüsselis: järgmise põlvkonna kosmoserakett Ariane 6 jääb ajale jalgu (14) Nurin Brüsselis: järgmise põlvkonna kosmoserakett Ariane 6 jääb ajale jalgu
Euroopa Liidu tippametnik Philippe Brunet algatas diskussiooni praegu arenduses oleva kanderaketi Ariane 6 konkurentsivõime teemal.
HondaJet: kaua see autotootja ikka ratastega maa peal püsib (3) HondaJet: kaua see autotootja ikka ratastega maa peal püsib
Honda HA-420 HondaJet on ametlikult esimene lennuk, mida Jaapani autotootja ehitanud. Honda Aircraft Company loodi küll eraldi ettevõttena 2006. aastal, aga kuulub samasse kontserni maailma suurima mootorrataste ja Jaapani suuruselt teise autode tootjaga.
Kuidas Planeet X-ist üheksas planeet sai: planeedikütt otsib jälle uut planeeti (2) Kuidas Planeet X-ist üheksas planeet sai: planeedikütt otsib jälle uut planeeti
Termin "Planeet X" tähistas aega, mil kogu maailm elas veendumuses, et Päikese ümber tiirleb üheksa planeeti, teadlased aga otsisid aktiivselt kümnendat. Kuid siis (2006. aastal) tuli rahvusvaheline astronoomialiit (IAU) ja võttis Pluutolt planeedi staatuse. Nüüd tiirleb Päikese ümber hoopis ametlikult kaheksa planeeti ja viis kääbusplaneeti. Planeeti X pole siiani leitud, hetkel pole isegi Planeet IX-i teada.
Filipiinidel võimalik: seljakotiturist osutus ainsaks reisijaks suures lennukis (20) Filipiinidel võimalik: seljakotiturist osutus ainsaks reisijaks suures lennukis
Slovakkiast tulnud seljakotiturist Alex Simon ostis endale 60 eurose pileti Filipiinide siseliinil Manilast Boracaysse, kuid ilmnes, et lennuk tegi reisi läbi vaid ühe reisija ja täiskoosseisuga meeskonnaga pardal.
VIDEO: Päikesetõus nähtuna kosmosest (astronaut näeb sellist iga 90 minuti tagant) (57) VIDEO: Päikesetõus nähtuna kosmosest (astronaut näeb sellist iga 90 minuti tagant)
Kosmoses pole päikesetõusu nägemiseks vaja vara ärgata – see vaatepilt tervitab sind iga pooleteise tunni tagant!
Päikesesüsteemis on vist ka üheksas planeet (33) Päikesesüsteemis on vist ka üheksas planeet
Viimasel ajal oleme harjunud, et uusi planeete avastatakse kaugete tähtede juurest. Meie oma Päikesesüsteemis on neid pigem vähemaks jäänud, sest Pluuto on tunnistatud ju hoopis kääbusplaneediks.
Pilt, mis kordub 20. veebruarini: viis planeeti on koidikul korraga reas (25) Pilt, mis kordub 20. veebruarini: viis planeeti on koidikul korraga reas
Ilmselgelt sõltub ka sellest, kus kohas maakeral sa viibid, kuid täna hommikul oli viis planeeti korraga taevas nähtaval ja väidetakse, et sarnane pilt kordub hommikuti vähemalt kuu aega.
Lõunamandril ähvardab surm. Maade avastamine pole ikka veel ohutu (4) Hiina helikopter päästab Antarktikast Vene teadlasi.
Briti seikleja surm katsel üksi Antarktist ületada kinnitab, et seal ellujäämine pole alati garanteeritud.
Microsofti kaasasutaja annetab keskkonna heaks raha, tema jaht lõhub aga korallrahusid (vähemalt sai süüdistuse) (2) Microsofti kaasasutaja annetab keskkonna heaks raha, tema jaht lõhub aga korallrahusid (vähemalt sai süüdistuse)
Tehnoloogiahuvilised on Paul Allenist vahest kuulnud. Rikkur (väidetavalt 51. rikkaim isik maailmas), muusik, leiutaja, koos Bill Gatesiga tehnoloogiahiiu Microsoft asutaja.
Kui su laps on sama vana kui sina praegu, seostub meri talle pigem plastesemete kui kalaga (18) Kui su laps on sama vana kui sina praegu, seostub meri talle pigem plastesemete kui kalaga
2050. aastal on meres rohkem plasti kui kala.
Kas Arktikas üles kasvanud inimesed näevad tõesti pimedas paremini? (11) Kas Arktikas üles kasvanud inimesed näevad tõesti pimedas paremini?
Inimesed, kes elavad põhja pool polaarjoont, peavad iga aasta taluma kolme- kuni kuuekuulist perioodi, mil päikesevalgus nendeni otse ei ulatu. Sel ajal paistab pea ainsaks valguseallikaks olevat ehavalgus, oma sinakate värvitoonidega, mida segab vaid elektrivalgus tänapäeva asulates.
Must surm peitis end Euroopas sajandeid, et aegajalt inimeste seas vikatitööd teha (17) Must surm peitis end Euroopas sajandeid, et aegajalt inimeste seas vikatitööd teha
Katk on Euroopat sajandite jooksul korduvalt laastanud. Haigus on käinud lainetena; pandeemiaid on esinenud sagedusega umbes kord iga paarisaja aasta tagant. Nende hulka kuulub ka katku kolmas pandeemia, mis sai alguse 19. sajandil ja kestab tänase päevani.
Põhja-Ameerika põliselanikkond suri 17. sajandil peaaegu täielikult välja (70) Põhja-Ameerika põliselanikkond suri 17. sajandil peaaegu täielikult välja
Ligemale 87 protsenti tänase USA territooriumi põliselanikest suri lühikese ajaga sajand-poolteist pärast Euroopa konkistadooride saabumist, kuigi selle põhjuseks polnud tingimata genotsiid, pigem haigused, mis Euroopast sinna kohale jõudsid.
Püügisoovitus: Keeri järv (3) Püügisoovitus: Keeri järv
Tartust 15-minutilise autosõidu kaugusel asuv Keeri on Tartumaa kalastajate seas väga populaarne koht ning tuntud oma suurte ahvenate ja haugide poolest. Kuidas neid järvest välja meelitada, sellest kirjutab eelkõige feederdaja, kuid ka tugeva talikalastajana tuntud Sten Urbanik.