Päikesesüsteemist väljuvate sondide veidra kiirenduse põhjused on selgunud

 (29)
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
NASA teatab planeete otsiva Kepleri teleskoobi uutest leidudest: oleme uue Maa leidmise lävel (58) NASA teatab planeete otsiva Kepleri teleskoobi uutest leidudest: oleme uue Maa leidmise lävel
USA kosmoseagentuur NASA korraldab neljapäeva õhtul telekonverentsi, et teha teatavaks uusi planeete otsiva Kepleri teleskoobi värsked avastused.
OTSEPILT: Ameeriklane, venelane ja jaapanlane startisid rahvusvahelise kosmosejaama poole!Fotod ja video stardist! Täiendatud!  (79) OTSEPILT: Ameeriklane, venelane ja jaapanlane startisid rahvusvahelise kosmosejaama poole!
Eesti aja järgi kolmapäeva hilisõhtul startisid järjekordsed kolm kosmonauti Rahvusvahelisse Kosmosejaama ekspeditsioonile. NASA tegi sündmusest otseülekande. Samuti kannab NASA üle ka varahommikul süstiku jõudmise jaama juurde ja selle dokkimise.
Läbimurre: jõupingutus maavälise elu otsimiseks, mis läheb maksma 92 miljonit eurot (74) Läbimurre: jõupingutus maavälise elu otsimiseks, mis läheb maksma 92 miljonit eurot
Kas me oleme Universumis tõepoolest üksi või leidub ka kusagil mujal intelligentseid eluvorme?
Päikese aktiivsus väheneb, kuid kas see toob aastaks 2030 väikese jääaja? (28) Päikese aktiivsus väheneb, kuid kas see toob aastaks 2030 väikese jääaja?
Päikese aktiivsuse tsüklilist muutumist on seostatud kliima jahenemisega Maal. Hiljuti avaldatud uuringu tulemused viitavad päikese aktiivsuse vähenemisele järgmise 15 aasta jooksul ning seoses sellega on hakatud ennustama väikese jääaja teket. Kuid kas ühe nähtuse esinemine toob kindlasti kaasa ka teise?
Müstiline: Pluuto kuu pealt leiti mägi, mis paikneb keset auku (34) Müstiline: Pluuto kuu pealt leiti mägi, mis paikneb keset auku
Fotol, mille kosmosesond New Horizons tegi 14. juulil 79 000 kilomeetri kauguselt, ilmnes Pluuto kuu Charoni peal veider mägi, mis paistab kõrguvat keset auku.
Kui ruttu Pluuto kohta kogutud andmed üldse Maale jõuavad? (18) Kui ruttu Pluuto kohta kogutud andmed üldse Maale jõuavad?
Peaaegu kümne aasta eest Maalt Päikesesüsteemi välisosa uudistama saadetud sond New Horizons möödus teisipäeva hilisõhtul Pluutost vaid umbes 12 000 kilomeetri kauguselt.
NASA New Horizons saatis Maale esimesed detailsed fotod kääbusplaneet Pluutost (39) NASA New Horizons saatis Maale esimesed detailsed fotod kääbusplaneet Pluutost
Umbes klaveri suurune New Horizons läbis ligi viie miljardi kilomeetri pikkuse tee Pluutole üheksa aastaga. Eile tehtud pildid on nüüdseks jõudnud Maani ja neil on esmakordselt näha kääbusplaneedi pinda.
Rauaaegsetest aukudest leiti pentsikud hobulehmad, inimohver ja kuuejalgne lammas (2) Rauaaegsetest aukudest leiti pentsikud hobulehmad, inimohver ja kuuejalgne lammas
Arheoloogid on avastanud Inglismaal välja kaevatud rauaaegsete säilitusaukude põhjast kummaliste “hübriidloomade” luustikke, nende hulgas hobuse ja lehma “ristandeid” ning kuuejalgse lamba. Ühe augu põhjast leiti kondikuhjalt koguni lõhkilõigatud kõriga naisterahva maised jäänused.
Lumesadu ookeanipõhjas: hädavajalik nähtus, aga lähemalt uurides vaatepildi ilu kaob (1) Lumesadu ookeanipõhjas: hädavajalik nähtus, aga lähemalt uurides vaatepildi ilu kaob
Ookeani põhjas sajab lund! Allveekaameratega on tabatud talveöiseid maastikke meenutavaid kaadreid, millel lõputust pimedusest tungivad esile vaid tantsivate valgete helveste maalilised sambad.
Kasahstani unehaiguse mõistatus: kas tõesti uraanikaevandusest lekib tundmatut gaasi? (10) Kasahstani unehaiguse mõistatus: kas tõesti uraanikaevandusest lekib tundmatut gaasi?
2013. aastal hakkas kümneid inimesi Kasahstani kaugpiirkonna asulates Kalatšis ja Krasnogorskis kimbutama salapärane “unehaigus”. Ohvreid tabas teadvusekaotus kõige ootamatumatel hetkedel — koolis, tööl, kodus, mootorratta sadulas —, väldates sageli päevi.
Imetle, kuni saad – ainuke soomustega imetaja on inimeste ahnuse tõttu väljasuremisohus (6) Imetle, kuni saad – ainuke soomustega imetaja on inimeste ahnuse tõttu väljasuremisohus
Ohustatud soomusloomaliigid on imetajate hulgas ainulaadsed.
Kas tõesti terve? HIV-iga sündinud neiu vabanes viirusest juba 12 aastat tagasi (2) Kas tõesti terve? HIV-iga sündinud neiu vabanes viirusest juba 12 aastat tagasi
HI-viirus ehk inimese immuunpuudulikkuse viirus avastati 1981. aastal ja sellest ajast peale on selle viiruse tekitatud omandatud immuunpuudulikkuse sündroomi ehk aidsi läbi surnud 36 miljonit inimest. Teateid, et keegi on HIV-ist terveks ravitud, on ikka aegajalt tulnud, aga enamasti pole need pidanud paika.
Suvi pole täie ette läinud, kui maitsmata on hiigelmaasikas (7,4 eurot tükk!) (16) Suvi pole täie ette läinud, kui maitsmata on hiigelmaasikas (7,4 eurot tükk!)
Mis suvi see on, kui punetavat maasikat suhu ei saa! Ja kuna tänavune Eesti suvi paistab nagunii nigel olevat, siis on selle kompenseerimiseks vaja tavapärasest suuremat punast mõnuampsu.
Jorunna parva: kas sa suudad ära arvata, kes see jänkut meenutav olevus tegelikult on? (5) <em>Jorunna parva</em>: kas sa suudad ära arvata, kes see jänkut meenutav olevus tegelikult on?
Jaapani suhtlusvõrgustikes löövad laineid, ja sealt ka üle maailma levides, videod pisikesest olevusest, kes meenutavad justkui ehtsat jänest. Jorunna parva on liigi nimi ladina keeles.