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
Jupiteri kuu Europa ookeanis võib leiduda elu (31) Jupiteri kuu Europa ookeanis võib leiduda elu
Jupiteri kaaslase Europa jäise pinna all asuv ookean meenutab oma keemilise koostise poolest maiseid ookeane.
Saame tuttavaks: esimene kahejalgne, kes Marsi pinnale jälgi jätma hakkab (5) Saame tuttavaks: esimene kahejalgne, kes Marsi pinnale jälgi jätma hakkab
Tema nimeks on Valkyrie, teise tähistusega küll R5 (Robonaut 5) ja tegemist on ligi kahemeetrise kahel jalal kõndiva masinaga. Kuid USA kosmoseagentuur NASA peab selle väljatöötamisega kiirustama, sest ilmneb, et ka hiinlastel on valmimas Raudmeest, seega inimest meenutav robot (android), kes samuti seaks võimalikuks eesmärgiks lennu Marsile.
Kosmiliste naabrite perepilt: need on meid saatvad kaks pisigalaktikat Kosmiliste naabrite perepilt: need on meid saatvad kaks pisigalaktikat
ESA satelliit Planck pildistas lõunapoolkeral nähaolevaid Magalhãesi Pilvi, mis tegelikult on kaks Linnuteed saatvat väikest galaktikat.
PILK LENNUNDUSELE: Kunagi maandusidki reisilennukid Tallinnas Ülemiste järve peale (7) Poola kaubalennuki An-26 laskumine Ülemiste järve jääle 2010. aastal oli siiski õnnetusjuhtum.
1936. aasta 20. septembril avati pidulikult Tallinna Ülemiste lennuväli, mille kolm maandumisrada võimaldasid oluliselt parandada liiklust kogu Ida-Euroopa suurimaks peetud lennuväljal. 1937. aastal lendas sealt kokku 13 000 inimest, 1939. aastal (enne sõda) enam kui 15 000. Toona kasutati juba eranditult 10 - 18-kohalisi reisilennukeid, lende oli viis korda päevas. Kuid Ülemiste polnud sugugi esimene lennuvali Tallinnas, kust reisilennukid õhku tõusid.
VIDEO: Droonid meeldivad ka telekomidele – Elisa näitab, kuidas noid õhusõidukeid kasutab (14) VIDEO: Droonid meeldivad ka telekomidele – Elisa näitab, kuidas noid õhusõidukeid kasutab
Elisa: telekomiturul on droon tänuväärt töövahend.
Võrdleme: Sihtkohad, kuhu sai (või saab) Tallinnast lennukiga aastal 1936, 1976, 2016 (27) Nordica
Kuna Forte toimetajale sattus kätte Tallinna lennuliinide sõiduplaan aastast 1976, on põhjust seda võrrelda ajaga 40 aastat varem ja ka tänase päevaga, 40 aastat hiljem. Muutused suunaeelistustes on enam kui nähtavad.
VIDEOD: Suur tulekera sööstab üle taevalaotuse VIDEOD: Suur tulekera sööstab üle taevalaotuse
Põhja-ameeriklased said 17. mai varasel tunnil tunnistada üle taevalaotuse sööstvat suurt tulekera ja kuulda sellele järgnenud valju kärgatust.
Indiat kurnab hetkel põletav kuumalaine – ent milline on palavaim paik planeedil? (18) Indiat kurnab hetkel põletav kuumalaine – ent milline on palavaim paik planeedil?
Põhja-India kõrbeosariigis Rajasthanis asuvas Phalodi linnas mõõdeti eelmisel nädalal õhutemperatuuriks 51°C. Kuhu asetub see India kuumarekord terve planeedi omade nimekirjas?
Niiluse krokodillid Florida rannal. Kas tõesti ujusid nad üle Atlandi? (21) Niiluse krokodillid Florida rannal. Kas tõesti ujusid nad üle Atlandi?
USA-s Florida osariiki on tunginud niiluse krokodillid ja paistab, et süüdi on selles loomade salakaubandus, nähtub ajakirjas Herpetological Conservation and Biology äsja ilmunud aruandest.
Mida teha hiiglasliku vaalakorjusega rannal (igatahes, ära seda õhku lase) (12) Mida teha hiiglasliku vaalakorjusega rannal (igatahes, ära seda õhku lase)
Niisiis, te olete hädas vaalaga. Vaalaga, kes ujus randa ja suri seal või suri meres ja kelle laip uhuti randa — vahet pole, too mereimetaja on surnud. Kuidas vabaneda 40 tonnist roiskuvast lihast?
Kuidas paremini magada: 10 teaduspõhist soovitust (6) Kuidas paremini magada: 10 teaduspõhist soovitust
Harvardi ülikooli meditsiinikooli uneteadlane Patrick Fuller andis portaali Tech Insider lugejatele kümmekond soovitust, kuidas kvaliteetsemalt magada.
Zika viiruse ootel: WHO jagas Euroopa erineva tasemega ohutsoonidesseLisatud WHO kaart! (52) Zika viiruse ootel: WHO jagas Euroopa erineva tasemega ohutsoonidesse
Maailma Terviseorganisatsioon (WHO) teatab, et lähikuude jooksul võib Zika viirus Euroopasse jõuda. Riigid on praeguseks nakkusohu taseme järgi erinevatesse kategooriatesse jagatud, Eestis on riskitase õnneks praktiliselt olematu.
Teadlased avastasid, kuidas "magavat" puud ära tunda Teadlased avastasid, kuidas "magavat" puud ära tunda
Teadlastel õnnestus esimest korda märgata puude okste asendi muutumist öö jooksul.
Kas Džomolungma on ikka kõrgeim mäetipp maailmas? (9) Kas Džomolungma on ikka kõrgeim mäetipp maailmas?
Mitte, et oleks mõni uus ootamatu tipp avastatud. Ent kui alustada mõõtetöid mõnest teisest paigast merepinna asemel, tuleks Tiibeti ja Nepaali piiril asuvalt mäelt kõrgeima tiitel ära võtta.