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
Meie suur sinine marmorkuul: uusversioon maailma vaadatuimast fotost (47) Meie suur sinine marmorkuul: uusversioon maailma vaadatuimast fotost
Kui NASA 43 aastat tagasi Apollo 17 pardalt meie koduplaneedist pildistatud foto avaldas, sai see üheks maailma levinuimaks fotoks.
Veidrusi lennunduse ajaloost: VZ-9 Avrocar - lendav taldrik Kanadast (15) Veidrusi lennunduse ajaloost: VZ-9 Avrocar - lendav taldrik Kanadast
VZ-9 Avrocar oli rootorlennumasin, mida üritas USA õhujõudude tarbeks välja töötada Kanada ettevõte Avro Canada. Lennumasina konstruktoriks-disaineriks oli John Frost, ning ühelt keskselt turborootorilt tõstet saanud lennumasin oli üks silmatorkavamaid eksperimente vertikaalselt tõusvate ja maanduvate VTOL-rootorlennumasinate ajaloos.
IceCube tabas rekordkõrget energiat kandnud neutriino (10) IceCube tabas rekordkõrget energiat kandnud neutriino
Lõunapoolusel asuva IceCube'i neutriinoteleskoobi juures töötavad teadlased teatavad, et eksperimendi detektorid registreerisid eelmisel aastal erakordselt kõrget energiat kandnud neutriinot, mis annab silmad ette kõigile seni registreeritud avakosmosest lähtuvatele osakestele.
Tähesadu jäi öösel nägemata? Kogu põhjapoolkera tegi sellest pilte (1) Tähesadu jäi öösel nägemata? Kogu põhjapoolkera tegi sellest pilte
Perseiidid kujutavad endast kosmilist puru, mis iga aasta augustis Maa orbiidile ette jääb ja sel ajal justkui Perseuse tähtkujust lähtuvat säravat "tähesadu" ehk meteoorisadu atmosfääris esile kutsub. Sel aastal oli perseiidide saju tipphetkeks 12. ja 13. augusti vaheline öö.
Perseiidide rünnaku all: Kolmapäev tõi taevasse kuni sada meteoori tunnis (12) Perseiidide rünnaku all: Kolmapäev tõi taevasse kuni sada meteoori tunnis
Iga-aastane perseiidide tähesadu saavutab sellel nädalal haripunkti. NASA ennustuste kohaselt võib 12. -13. augusti öösel näha soodsate vaatlustingimuste korral tunnis kuni sada meteoori.
Uus ülehelikiirusel lennuk Concorde 2 viib reisijad Londonist New Yorki ühe tunniga (45) Uus ülehelikiirusel lennuk Concorde 2 viib reisijad Londonist New Yorki ühe tunniga
2003. aastal viimati lennanud ülehelikiirusel lennuk Concorde võib saada järglase: Concorde 2 lendaks üle ookeani ühe tunniga oma eelkäija 3 tunni 30 minuti asemel.
Segadus kokpitis ja piloodi viga ehk kuidas kukkus jõkke Taiwani reisilennuk (21) Segadus kokpitis ja piloodi viga ehk kuidas kukkus jõkke Taiwani reisilennuk
Tänavu 4. veebruaril kukkus Taiwanil Keelungi jõkke reisilennuk ATR 72-600, mis siseriiklikul lennul oli tõusmas õhku Songshani lennuväljalt. Pardal olnud 58 reisijast pääses eluga 15, samas kui 43 hukkus. Nüüd on saanud avalikuks, mis toimus sel ajal lennuki kokpitis.
Matrjoška-viiruse tekitatud leišmanioos - pesitseb inimest ründavat kärbest kurnava parasiidi sees (9) Matrjoška-viiruse tekitatud leišmanioos - pesitseb inimest ründavat kärbest kurnava parasiidi sees
Leišmaniaas või leišmanioos on inimestele tuntud kui haavandtõbi nahal, suus, ninal, mis halvimatel juhtudel võib levida ka luuüdisse, põrna ja maksa. Inimene saab nakkuse tavaliselt liivakärbestelt, kõige sagedamini Põhja-Aafrika, Lõuna-Aasia või Lõuna-Ameerika aladel, põeb seda haigust täna aga maailmas ligemale 12 miljonit inimest.
Kariibi merel suvitanud naine kaotas sääsehammustuse tõttu silmanägemise (19) Kariibi merel suvitanud naine kaotas sääsehammustuse tõttu silmanägemise
Kariibi mere saartel suvitamise ajal chikungunya viiruspalavikku nakatunud naisterahvas kaotas paremast silmast osaliselt nägemise. Tema haigusjuhtumit kirjeldanud uurijate sõnul on nägemiskahjustus pöördumatu.
Kreeklaste Kosi saarest on saanud üleöö põgenikemassi uus Lampedusa (78) Kreeklaste Kosi saarest on saanud üleöö põgenikemassi uus Lampedusa
Vähe sellest, et Kreeka riigipankrot on peletanud turistide massi Kreeka saarestikust, nüüd on sealsest Kosi saarest saanud sisuliselt uus Lampedusa - kuni tuhat paadipõgeniku saabub päevas, uputades üle saare kõik ajutised majutuspaigad, ka jalgpallistaadion on illegaalsete immigrantide poolt üle võetud. Ja konfliktid nende vahel teravnevad.
Parasiitherilane muudab ämbliku herilasevastseid kaitsvaks zombiks (4) Parasiitherilane muudab ämbliku herilasevastseid kaitsvaks zombiks
Jaapani bioloogid on leidnud ämblikke zombi-laadsesse seisundisse viiva parasiiherilase, kes paneb neid sobilikul hetkel punuma tema vastsete kaitseks sobilikku võrku. Mehhanismi edasine uurimine võiks anda vihjeid loodusest inspireeritud putukatõrjevahendite loomiseks.
Usu või ära usu: Itaalia ranniku lähedalt avastati „veealune Stonehenge“ (14) Usu või ära usu: Itaalia ranniku lähedalt avastati „veealune Stonehenge“
Sitsiilia ranniku lähedalt vee alt avastati Stonehenge’i meenutav ebatavaline monument. Avastuse teinud arheoloogide hinnangul tähendavad 10 000 aasta vanuse kivisamba sisse uuristatud märgid peaaegu kindlasti, et see on valmistatud inimkätega.
Saltoni järv - kogemata sündinud veekogu, nüüd tervet Californiat ähvardav soolane katastroof (19) Saltoni järv - kogemata sündinud veekogu, nüüd tervet Californiat ähvardav soolane katastroof
Inimkond on ajaloo jooksul korduvalt maastikke enda vajaduste järgi ümber teinud. Mõnikord on sellise tegevuse tagajärjed olnud katastroofilised.
Maailma suurim seen on kuus kilomeetrit lai ja 2400 aastat vana (1) Maailma suurim seen on kuus kilomeetrit lai ja 2400 aastat vana
Seni teadaolevalt suurim elusorganism maailmas kasvab USA-s, Oregonis Malheuri rahvuspargis ja tegemist on seenega. Paraku rõõmu pakub see seen vähe, pigem hävitab ta kõiki muid taimeliike oma levikuga.