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
Kannibalgalaktika: M87 on miljardi aastaga endasse neelanud terve tähesüsteemi (7) Kannibalgalaktika: M87 on miljardi aastaga endasse neelanud terve tähesüsteemi
Euroopa lõunaobservatooriumiga ESO ja ülisuure teleskoobiga VLT (ingl Very Large Telescope) tehtud vaatlused on näidanud, et hiiglaslik elliptiline galaktika Messier 87, lühendatult M87, on viimase miljardi aasta jooksul üleni „alla neelanud“ teise, keskmist mõõtu täheparve.
Lennukikandjal ruumi vähe: Uus hävitaja F-35 tõuseb õhku "hüppemäge" kasutades (46) Lennukikandjal ruumi vähe: Uus hävitaja F-35 tõuseb õhku "hüppemäge" kasutades
BAE Systems testis Briti õhujõudude tarbeks uut hävituslennukit F-35B Lightning II, pannes selle õhku tõusma tüüpiliselt suusahüppetrampliinilt. Edaspidi ehitatakse sellised trampliinid aga uute lennukikandjate vööri, et lennukitel oleks võimalik lühema hoovõtuga kõrgust koguda.
DARPA loob tehisorganisme, et Marsi pinnast elukõlbulikumaks muuta (17) DARPA loob tehisorganisme, et Marsi pinnast elukõlbulikumaks muuta
See astub juba sammukese kaugemale tavapärasest geneetilisest töötlusest, kuna USA kaitsetehnoloogia agentuur DARPA on välja töötamas uut tüüpi organisme, mis suudaks Marsi muidu eluvaenulike tingimustega kohaneda ja hakata punase planeedi pinda elamisväärsemaks muutma.
Päikeselennuk üritab uuesti Vaikset ookeani ületada, tagasi pöörduda pole enam võimalik (5) Päikeselennuk üritab uuesti Vaikset ookeani ületada, tagasi pöörduda pole enam võimalik
Päikesepaneelide ja akude jõul töötav lennuk Solar Impulse alustas teist katset lendamaks üle Vaikse ookeani.
Kellakujulise universumi laienemine käib lainetades ja vaibuva kõminaga (61) Universumi paisumine
Alguses, 13,8 miljardit aastat tagasi käis Suur Pauk. Siis hakkas maailmakõiksus paisuma. Esialgu paisus see väga kiiresti, seejärel üha aeglasemalt ja aeglasemalt, kuni ühel heal hetkel, umbes kuus-seitse miljardit aastat tagasi hakkas tumeda energia tõukel maailmakõiksuse paisumine uuesti kiirenema.
Vene kopteritootja andis aru, kui kaugel on mudelite Mi-38 ja Ka-62 arendustöö (16) Vene kopteritootja andis aru, kui kaugel on mudelite Mi-38 ja Ka-62 arendustöö
Ettevõte Venemaa helikopterid (vn Вертолеты России) on avaldanud täiendavaid üksikasju kahe venima jäänud arendusprogrammi — raskeklassi kopteri Mi-38 ja keskmise kaalukategooria kopteri Ka-62 väljatöötamise — kohta, ehkki seda, millal kumbki mudel lõpuks kasutusele võetakse, pole jätkuvalt avalikustatud.
Video aastast 1997: kosmoselaeva Progress kokkupõrge kosmosejaamaga Mir (11) Video aastast 1997: kosmoselaeva Progress kokkupõrge kosmosejaamaga Mir
25. juunil 1997 võttis kosmonaut Vassili Tsiblijev kosmosejaamas Mir üle automaatse transpordilaeva Progress kaugjuhtimise, et juhtida selle põkkumist kosmosejaamaga. Sisuliselt nägi see välja nagu videomäng, kus kosmonaut juhtis alust vaid nähes oma ekraanil vaadet Progressi pardakaamerast.
Sekvoia: puu, mis ei taha põleda (26) Sekvoia: puu, mis ei taha põleda
Sekvoiapuit on peaaegu tulekindel.
Millises riigis leidub kõige rohkem tiigreid? Vastus on üllatav (28) Millises riigis leidub kõige rohkem tiigreid? Vastus on üllatav
Tiiger on loom, kelle elualadega seostatakse esmalt suuri riike Euraasias (nagu Hiina või Venemaa), kui üldse sellel teemal midagi arvata osatakse.
Liustike sulamine toob arheoloogidele põnevaid leide, aga sunnib ka uurimistööga kiirustama (11) Liustike sulamine toob arheoloogidele põnevaid leide, aga sunnib ka uurimistööga kiirustama
Sedamööda, kuidas sulavad liustikud, paljastuvad nende alt sõdalaste, ürginimeste ja ammu jäljetult kadunud maadeavastajate mumifitseerunud surnukehad.
Alkohol sobib vastumürgiks vedelikule, mida laps või lemmikloom võib rumalusest juua (34) Alkohol sobib vastumürgiks vedelikule, mida laps või lemmikloom võib rumalusest juua
Etüleenglükool on automootorites kasutatava antifriisi peamine koostisosa. Magusa maitse tõttu kujutab see endast ohtu väikelastele ja koduloomadele, põhjustades eluohtlikke mürgistusjuhtumeid.
VIDEO: Kes teadis, et jaaguar suudab nii kaua vee all püsida? (7) VIDEO: Kes teadis, et jaaguar suudab nii kaua vee all püsida?
Ahh... mis oleks parem kui väike karastav suplus! Aga kuna sina pole hetkel suplemas, vaid helendava ekraani ees, ela kaasa jaaguarile ülalolevas videos.
Kas kuulud viie protsendi hulka? Vaid väike vähemus inimesi on täiesti terved (15) Sport aitab püsida tervena
Kui Teie tervis on täiuslik, kuulute vaieldamatusse vähemusse: nimelt polnud 2013. aastal põhjust tervise üle kurta vaid vähem kui viiel protsendil maailma elanikkonnast, selgub värskest uurimusest.
Vaata kiivrivideot Tuqllarahu mäelt, mis eestlastele saatuslikuks sai (15) Vaata kiivrivideot Tuqllarahu mäelt, mis eestlastele saatuslikuks sai
Sloveenia mägironija ja suusataja Davo Karničari kiivrivideost võib näha, milline vaade avaneb 6034 kõrguselt Tuqllarahu mäelt, kus Eesti alpinistid traagilisse õnnetusse sattusid.