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!

Enim loetud
Jäta kommentaar
või kommenteeri anonüümselt
Postitades kommentaari nõustud reeglitega
Loe kommentaare Loe kommentaare
Inimese lennutamine Marsile: mis seis hetkel on? (19) Inimese lennutamine Marsile: mis seis hetkel on?
Enam ei ole küsimus selles, kas asustame inimesed Marsile või ei, vaid pigem, millal me seda teeme.
Maa-amet hakkab satelliidiandmeid jagama Maa-amet hakkab satelliidiandmeid jagama
Maa-amet ja Ettevõtluse Arendamise Sihtasutus sõlmisid koostöölepingu, mille alusel hakkab Maa-amet töötlema ja vahendama Euroopa Liidu kaugseire programmi Copernicus raames orbiidile saadetud Sentinel-satelliitidelt pärit andmeid.
Äkki tead lahendust? NASA ideekonkurss otsib vastust kosmiliste väljaheidete küsimusele (18) Äkki tead lahendust? NASA ideekonkurss otsib vastust kosmiliste väljaheidete küsimusele
Täpsemalt puudutab see astronautide raskema häda tulemusi puhkudel, kui nad peavad olema pikka aega skafandrisse suletud. Kui näiteks lennul Marsile tuleb kosmoselaevaga ette mingi rike ja astronaudid peavad mitu päeva skafandris viibima, on nende põli ihuhädade lahendamise nurgalt vaadates nadivõitu. NASA SpacePoop Challenge soovib sellele murele helgete peade abil lahenduse tuua.
Teostamata jäänud Vene unistus: 1974. aastaks lend Marsini ja tagasi (23) Teostamata jäänud Vene unistus: 1974. aastaks lend Marsini ja tagasi
Apollo-programm oli ameeriklaste suurettevõtmine, mis viis 1969-1972 kuus meeskonda Kuu peale kulguritega rallitama ja golfilööke üritama. Oli selge, et Moskva ei saanud USA Kuule tormamist vaid kadedalt pealt vaatata, seega pandi NSV Liidus lauale kavandid mehitatud kosmoselendudeks veelgi kaugemate taevakehade, nimelt Marsi ja Veenuse juurde.
EmDrive: võimatuna tundunud kosmosemootor võib tegelikult siiski töötada (62) EmDrive: võimatuna tundunud kosmosemootor võib tegelikult siiski töötada
Värske uurimus annab mõista, et pealtnäha loodusseadusi eirav eksperimentaalne kosmoselaeva-ajam võib kõige kiuste siiski tegelikkuseks saada.
Miks Tallinnas Pirita teel on mälestis 19. sajandil elanud Ameerika langevarjurile? (56) Miks Tallinnas Pirita teel on mälestis 19. sajandil elanud Ameerika langevarjurile?
Miks on see Ameerika langevarjur Eestis kuulus?
Myanmaris kukkus taevast alla 3,7-meetrine tundmatu metallist objekt (91) Myanmaris kukkus taevast alla 3,7-meetrine tundmatu metallist objekt
Möödunud neljapäeval, 10. novembril kukkus Myanmari (kunagise Birma) mägismaal taevast alla seni täpsemalt tuvastamata metallese. Umbes 3,7 meetri pikkune, 1,5 meetrise läbimõõduga torukujuline objekt sadas alla jadeiidikaevanduse lähistel Lone Khini külas.
Hipster - kes (või õigemini, mis imeloom) see selline veel on? (20) Hipster - kes (või õigemini, mis imeloom) see selline veel on?
Tänapäeval kõik räägivad nendest, mõned üritavad neid ka defineerida, kuid ise nad reeglina end selleks ei tunnista, sest siltide järgi elada olevat liiga meinstriim. Hipster on termin, mis tähendab subkultuuri suurlinnade teatud linnaosades, esindab ta aga maailmavaadet, ellusuhtumist ja ennekõike eristuda püüdvat välimust.
Haruldane haigus: immuunsüsteem pidas aju võõrkehaks ja asus selle vastu võitlusse (19) Haruldane haigus: immuunsüsteem pidas aju võõrkehaks ja asus selle vastu võitlusse
27 aasta vanune naisterahvas pöördus Colorado osariigis traumapunkti pärast seda, kui oli end nädal aega halvasti tundnud. Vaevused said alguse lühimälu lünkadest ja paanikahäiretest, millele järgnesid varsti erutushood, hallutsinatsioonid ja kontrollimatud tõmblused, kirjutavad teda ravinud arstid 30. novembril ajakirjas New England Journal of Medicine ilmunud aruandes.
Hüvasti, hõbelõng! Juukseid halliks muutev geen on leitud ning seda saab ka "kinni keerata" (9) Hüvasti, hõbelõng! Juukseid halliks muutev geen on leitud ning seda saab ka "kinni keerata"
Hallide juuste geeni leidmise au kuulub briti teadlastele Londoni ülikoolist ja nad on kindlad, et ravimite või kosmeetika abiga saab selle välja lülitada.
FOTOD: selline on Teravmägedel asuva "viimsepäeva viljaaida" jäine sisemus (28) FOTOD: selline on Teravmägedel asuva "viimsepäeva viljaaida" jäine sisemus
Apokalüptilisi stsenaariume on ulmefilmides ja kirjanduses läbi mängitud kümneid, ehk isegi sadu. Kui meie planeedist aga tõesti suur katastroof peaks üle rulluma, võib just see ladu kaugel Arktikas saada inimkonna päästjaks.
Euroopa vähese metsasuse põhjus peitub ürginimeste korraldatud hiigeltulekahjudes (36) METSATULEKAHJU VIHTERPALUS
Leideni ja Lausanne`i ülikoolide teadlased leiavad ajakirjas PLOS ONE ilmunud uuringus, et eelajaloolised kütid-korilased põletasid viimatisel jääajal suuri metsamassiive maha ja seetõttu on Euroopa tänapäeval suhteliselt metsavaene piirkond.
Koolilapsed tegid mullu hirmkalliks tõstetud hinnaga ravimi laboris imeodavalt valmis (5) Koolilapsed tegid mullu hirmkalliks tõstetud hinnaga ravimi laboris imeodavalt valmis
Martin Shkreli ostis eelmisel aastal ära parasiidivastase ravimi nimega Daraprim ja tõstis ühe tableti hinda üleöö 5000 protsenti ehk 13.50 dollarilt 750 dollari peale. See põhjustas paljudes paksu pahameelt. Nüüd tegid Austraalia koolipoisid rohu ise keemiaklassis valmis.
Eestlastes on säilinud kõige rohkem ammuste küttide-korilaste geene (40) Eestlastes on säilinud kõige rohkem ammuste küttide-korilaste geene
Evolutsioonigeneetik, Eesti biokeskuse juht Mait Metspalu heidab novembri-detsembri Horisondile antud intervjuus valgust, kuidas käimaolevate uuringute järgi eestlaste kauged esivanemad Eestimaale jõudsid.