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
Euroopa kosmoseagentuuri satelliit klõpsas Linnuteest foto, millel on üle miljardi tähe (24) Euroopa kosmoseagentuuri satelliit klõpsas Linnuteest foto, millel on üle miljardi tähe
Tegemist on ühe kõige parema pildiga, mis meie galaktikast eales tehtud on. Autoriks on Euroopa kosmoseagentuuri satelliit Gaia.
Miks salapärased signaalid kosmosest kunagi tulnukate "telefonikõneks" ei osutu (46) Miks salapärased signaalid kosmosest kunagi tulnukate "telefonikõneks" ei osutu
Lihtne seletus, miks "rohelised mehikesed" meiega ilmselt kunagi ühendust ei võta.
Mitsubishi lennuki väljatöötamisel ajab üks probleem teist taga (3) Mitsubishi lennuki väljatöötamisel ajab üks probleem teist taga
Mitsubishi Regional Jet (MRJ) on esimene Jaapanis välja töötatud ja toodetud reisilennuk pärast 1962-1974 suure kahjumiga toodetud NAMC YS-11 lennukeid. Esimese lennu sooritas lennuk mullu novembris ja nende tootmine peaks täies mahus käima minema aastaks 2018.
Marsi maastikud: Curiosity saatis miljonite kilomeetrite tagant värsket pildimaterjali (16) Marsi maastikud: Curiosity saatis miljonite kilomeetrite tagant värsket pildimaterjali
Kulgur veereb praegu ringi Mount Sharpi piirkonnas ning pani sealt teele kimbukese värvipilte. Teadlased on mõistagi elevil.
Kui kogu Maa vesi eraldi taevakehaks vormida, oleks see just nii suur - või väike - pallike (39) Kui kogu Maa vesi eraldi taevakehaks vormida, oleks see just nii suur - või väike - pallike
Ehkki ookeanid katavad umbes 70% Maa pindalast, on nad Maa raadiusega võrreldes siiski väga madalad, mistõttu moodustaks kogu vesi üheks pallikeseks kokku veeretatuna umbes 700-kilomeetrise raadiusega kera.
Seitse aastat sõitu: kosmosesond OSIRIS-REx startis öösel asteroid Bennu suunas (17) Seitse aastat sõitu: kosmosesond OSIRIS-REx startis öösel asteroid Bennu suunas
OSIRIS-RExi start raketi Atlas V kukil läks ülisujuvalt.
Prandtl: lennuk, mis suudaks lennata Marsi liiga hõredas õhus (10) Marsi-lennuk
Ka Punasel Planeedil on atmosfäär, kuigi õhurõhk Marsi pinnal on keskmiselt vaid 0,6 protsenti Maa pinnal olevast õhurõhust. Ja mida kõrgemale minna, seda hõredamaks atmosfäär muutub. Ehk, kuigi lendavaid ja maanduvaid objekte on Marsil ennegi nähtud, sealses õhus lendamine nõuab siiski erilisi omadusi.
Floridas tekkis maa sisse suur radioaktiivne auk, kuhu kadus terve jäätmehoidla (50) Floridas tekkis maa sisse suur radioaktiivne auk, kuhu kadus terve jäätmehoidla
Fosfaate tootev firma Floridas oli sunnitud tunnistama, et poolsaare all laiuvasse põhjaveekihti on valgunud enam kui 980 miljonit liitrit saastunud vett nende jäätmehoidlast, mille alla oli tekkinud suur vajumisauk.
Miks me sekkume looduslike veekogude ellu? (15) Miks me sekkume looduslike veekogude ellu?
Looduslikud veekogud kujunevad tuhandete aastate jooksul looduslike protsesside käigus, reageerides ka inimkonna põhjustatud mõjutustele. Neis kujuneb oma loomulik keskkond, mis koosneb keemiliste komponentide ja mikroorganismide koosmõjust ja kujundab jõgede elukeskonda konkreetsetes kliimatingimustes. Sellest lähtuvalt kujunevad kõik muud organismid, mis tekitavad tervikliku veekeskkonna. Ilmselgelt on veekeskond vanem kui inimkond.
Lindudel on mitu head põhjust, miks traatidel istuda (14) Lindudel on mitu head põhjust, miks traatidel istuda
Bioloogi ja metsloomade käitumise uurija Mark LaBarri osutusel on sellel, miks elektritraadid tihtilugu suleliste kogunemispaikadeks kujunevad, mitu põhjust.
Välk ja pauk: arva ära, kui pikk võib olla maailma pikim välgulöök (2) Välk ja pauk: arva ära, kui pikk võib olla maailma pikim välgulöök
Ameerika Ühendriikides Oklahomas 2007. aastal registreeritud maailma pikim välk sähvatas kahe kolmandiku kohal osariigi pikkusest — nii väidab ülemaailmne meteoroloogialiit WMO oma hiljuti avaldatud aruandes. Too välgulahendus läbis 2007. aasta 20. juunil rekordilise 321 kilomeetri pikkuse vahemaa.
Mõra Antarktika liustikus: peagi on ookeanis mõni Virumaa-suurune jäämägi juures (6) Mõra Antarktika liustikus: peagi on ookeanis mõni Virumaa-suurune jäämägi juures
Larsen C on suur šelfiliustik Antarktika poolsaarel ja selle küljes, iseenesest küll pindalalt väiksem kui Šotimaa, aga piki seda liustikku ajab end edasi suuremat sorti mõra.
Kuidas sõnad võivad eri keeltes sarnaselt kõlada, kui keeled pole suguluses (10) Keeleneet1
Mõni sõna kõlab paljudes maailma keeltes üsna ühtemoodi, ehkki keeled ei pruugi olla omavahel sugulased ega isegi mitte kontaktis.
A-hepatiidi epideemia: kuidas ikkagi pääses kole viirus külmutatud maasikatesse? (16) A-hepatiidi epideemia: kuidas ikkagi pääses kole viirus külmutatud maasikatesse?
Ligi 90 inimest seitsmes USA osariigis on haigestunud A-hepatiiti (ehk kollatõppe), mida seostatakse Egiptusest imporditud külmutatud maasikatega, on andnud teada Ameerika Ühendriikide haiguste kontrolli ja ennetuse keskus CDC. Kuidas aga maksatõve-viirus üldse maasikate sisse satub? Küsib LiveScience