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
Oluline läbimurre kirurgias: robot õmbles seal soolikad kokku Lisatud küsitlus: kas lubaksid robotil end opereerida? (4)Oluline läbimurre kirurgias: robot õmbles seal soolikad kokku
Jäta kommentaar
või kommenteeri anonüümselt
Postitades kommentaari nõustud reeglitega
Loe kommentaare Loe kommentaare
Uued maailmad: belglased teatasid eile, et on avastanud kolm eluks eriti hästi sobivat planeeti (13) Uued maailmad: belglased teatasid eile, et on avastanud kolm eluks eriti hästi sobivat planeeti
Päikesesüsteemist väljaspool asuvaid planeete on uuritud juba 1990ndaist lootusega, et mõnel neist eksisteerib maaväline elu. Kuulsa belgia kloostriõlletüübi trappistiga nime jagav teleskoop TRAPPIST avastas nüüd ühe hoobiga lausa kolm planeeti, mis võivad olla seni leituist selleks parimate eeldustega.
Lubadus on võimas: SpaceX lennutab raketi Marsile juba aastal 2018 (22) Lubadus on võimas: SpaceX lennutab raketi Marsile juba aastal 2018
Umbes iga 26 kuu tagant jõuavad Maa ja Marss oma orbiitidel sellisesse kaugusse üksteisest, et kosmoselend ühelt planeedilt teisele osutub otstarbekaks. Need aga, kes oma Marsi-projektidega tänavusse "stardiaknasse" märtsikuus ei mahtunud, peavad igatahes vaatama juba 2018. aasta maisse, et järgmisi kosmoseaparaate Marsi poole teele saata.
Stephen Hawkingi loeng: Mis saab musta auku kadunud ainest? (89) Stephen Hawkingi loeng: Mis saab musta auku kadunud ainest?
Hiljuti Harvardi ülikoolis peetud loengus arutas tunnustatud füüsik Stephen Hawking revolutsioonilist teooriat, mille kohaselt mustad augud ei säilita füüsilist informatsiooni ei neid moodustanud taevakehade ega ka nende sisse neelatud aine kohta.
300 veemahutist koosnev observatoorium näeb taevast täis vilkuvaid musti auke (14) 300 veemahutist koosnev observatoorium näeb taevast täis vilkuvaid musti auke
Vaatlused veemahutitest koosneva Tšerenkovi-Vavilovi kiirguse observatooriumiga kõrgmäestikus HAWC (ingl High Altitude Water Cherenkov) on aluseks esimesele taevakaardile, mis hõlmab mustade aukude plinkimissageduste mõõtmisi. „Pildile“ on jäänud ka pulsarid, supernoovade rusud ja muud pentsikud kosmosesünnitised.
Ilmneb, et tulikuuma Veenuse poolused on külmemad kohad kui ükski paik Maa peal (15) Ilmneb, et tulikuuma Veenuse poolused on külmemad kohad kui ükski paik Maa peal
Ehkki Päikesest loendades järjekorras alles teine planeet, on Veenus kaugelt kõige kuumem maailm Päikesesüsteemis. Keskmine temperatuur selle pinnal ületab peaaegu kõikjal 450 kraadi Celsiuse järgi — kuid uued andmed annavad mõista, et mitte päris igal pool.
Üks täht on läinud supernoovaks meist vaid 300 valgusaasta kaugusel (40) Üks täht on läinud supernoovaks meist vaid 300 valgusaasta kaugusel
Kuukivimist on leitud raua erilist isotoopi nimega raud-60, mida tekitavad ainult täheplahvatused e supernoovad. Avastus on täiendavaks kinnituseks, et umbes kaks miljonit aastat tagasi plahvatas suhteliselt lähedal supernoova, mis paiskas selle käigus tekkinud elemente Maa ja Kuu pinnale.Kuukividest leitud raud-60 toetab varasemat hüpoteesi, et kaks miljonit aastat tagasi plahvatas supernoova meist ainult 300 valgusaasta kaugusel.
FORTE TEST: kui hästi tunned kosmost ja selle uurimislugu? (13) FORTE TEST: kui hästi tunned kosmost ja selle uurimislugu?
Tänase viktoriini 20 küsimust viivad meid siniroheliselt pallilt kaugele eemale - teemaks on Päikesesüsteem, kosmoseuuringud ja mõne küsimuse puhul ka kaugemad ilmaruumi nurgad.
Liigne süsihappegaas muudab planeedi hoopis roheliseks (5) Ka Läänemere saared on ülalt vaadates rohelised, kuigi meres vohab sinine sinivetikas.
Süsihappegaasi atmosfääri paiskumine võib avaldada ka positiivset mõju: taimkate armastab CO2 rohkust.
Vabastame suured haugid! (16) Vabastame suured haugid!
Eestis on suur haug haruldane saak, seega peaks eriti hoolega kaaluma võimalust tema vabastamiseks, kirjutab Eesti Kalastajate Selts.
Merikotkakaamera pesas sirgub kolm tibu, pisim neist saab peagi kahenädalaseks (6) Merikotkakaamera pesas sirgub kolm tibu, pisim neist saab peagi kahenädalaseks
Lääne-Eestis asuvas merikotkaste pesas, milles toimuvat kaamera vahendusel üle maailma jälgida saab, on aprilli keskpaigast alates viis elanikku - lisaks vanalindudele ka kolm udusulis poega.
Tuumahirmus Belgia jagab kogu elanikkonnale miljoneid jooditablette (42) Tuumahirmus Belgia jagab kogu elanikkonnale miljoneid jooditablette
Tšernobõli aastapäeva nädalal tuleb Belgiast murettekitav uudis: kogu riigi elanikkonnale plaanitakse jagada jooditablette, mis vähendavad tuumaõnnetuse puhul kilpnäärmesse kogunevate radioaktiivsete ühendite mõju.
Tagurpidi välk ja taevalaotuse salapärased sinised vilksatused jäid ülalt filmilindile Tagurpidi välk ja taevalaotuse salapärased sinised vilksatused jäid ülalt filmilindile
Äikesetormi kõige vaatemängulisem osa leiab reeglina aset väljaspool inimeste vaateulatust, pealpool pilvi. Rahvusvahelise kosmosejaama pardalt on edukalt filmitud kuni tosina kilomeetri pikkuseid kummalisi tulesid, nn siniseid jugasid (ingl blue jet), salapäraseid siniseid plekke, mida nimetatakse glimpsideks (glimpse) ja ülespoole vonklevat C-spraitideks (C-sprite) nimetatavate punaste tulukeste liikumist.
Tagasikäik ajale: geeniravi tegi USA naise kakskümmend aastat nooremaks (62) Tagasikäik ajale: geeniravi tegi USA naise kakskümmend aastat nooremaks
Ettevõtte Bioviva tegevjuht Elizabeth Parrish hakkas omaenda toote katsejäneseks ja sai esimeseks inimeseks, keda on geneetiliste ravivõtetega edukalt füsioloogiliselt noorendatud.
Soome põllult leiti miljoneid aastaid vana elevantlase luu (ja unustati aastakümneteks riiulile) (23) Soome põllult leiti miljoneid aastaid vana elevantlase luu
Lugu algas tegelikult juba üle 50 aasta eest, kui toonane bioloogia tudeng Marja Simonsuuri (nüüdseks küll juba professor Marja Sorsa) avastas Suomusjärve suvilas kaevates poole meetri sügavusel maa seest raske kivimüraka, või vähemalt, ta pidas seda esialgu kiviks. See oli siiski omapärane leid ja ta jättis müraka alles, kuid unustas pooleks sajandiks kuuris riiulile.