Voar para o espaço profundo certamente trará muitos mistérios, que não seremos capazes de resolver em muito tempo. E isso não é surpreendente. Assim que os primeiros mensageiros da Terra passaram pelas órbitas dos planetas gigantes, o espaço imediatamente nos deu um problema. E para resolvê-lo, foi até proposto corrigir as leis da física.
Pioneiros
Os programas de exploração espacial da América sempre tiveram nomes sonantes e objetivos ambiciosos. Sob o programa Mercury, os americanos fizeram seus primeiros voos tripulados e criaram o primeiro corpo de astronautas. No decorrer do programa Gemini seguinte, métodos de encontro e acoplamento em órbita foram elaborados. O terceiro programa de voos espaciais tripulados foi o notório programa Apollo. Seu objetivo era voos tripulados para a lua. Mas para o estudo do espaço interplanetário e dos corpos celestes, foi lançado o programa Pioneer.
Como parte de suas missões, os Estados Unidos enviaram várias sondas de pesquisa ao espaço entre 1958 e 1978. A nave espacial voou para o Sol, Vênus e a Lua, cometas investigados se aproximando de nós. "Pioneer-3" descobriu o segundo cinturão de radiação da Terra, e "Pioneer-7" participou do estudo do cometa Halley. Hoje, duas espaçonaves do programa são bem conhecidas. São as sondas Pioneer-10 (lançadas em março de 1972) e Pioneer-11 (abril de 1973), uma das últimas lançadas.
Sonda "Pioneer-10" em processo de montagem
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Mais tarde, a NASA lançou outros programas de pesquisa. Com sondas novas e mais avançadas. Em 1977, já no âmbito do programa Voyager, Voyager 1 e Voyager 2 foram enviadas para planetas distantes do sistema solar. E em 2003, o programa Novas Fronteiras foi lançado, dentro do qual New Horizons, Juno e OSIRIS-REx foram para o espaço. Mas na década de 50, quando o programa estava apenas começando, seus aparelhos nos Estados Unidos foram considerados pioneiros do espaço, e por isso foram chamados de "Pioneiros". Pioneer 10 e Pioneer 11 foram as primeiras espaçonaves a voar através do Cinturão de Asteróides Principal e as primeiras a estudar Júpiter de perto.
Os Pioneers poderiam ter sido os primeiros a ir além do sistema solar, mas em 1998 a mais rápida Voyager 1 ultrapassou a Pioneer 10, que tinha a camisa amarela do líder neste tour pelo sistema solar.
Anomalia
Pela primeira vez, uma anomalia na trajetória de vôo das sondas foi descoberta na década de 1980. A esta altura, as sondas já concluíram sua missão principal. A Pioneer 10 voou perto de Júpiter em dezembro de 1973, especificando sua massa e medindo seu campo magnético. A Pioneer 11 se aproximou do planeta exatamente um ano depois: em dezembro de 1974. Depois de tirar fotos detalhadas, ele foi para Saturno. Em 1979, o dispositivo transmitiu imagens do planeta e de seu satélite Titã para a Terra.
A missão principal terminou, mas decidiu-se usar os dados do monitoramento da trajetória de vôo da espaçonave Pioneer-10 para buscar, como ainda se supunha, o décimo planeta do sistema solar. E agora é o nono (após o rebaixamento em Plutão). Se houvesse um desvio na trajetória, então, como acreditavam os cientistas, isso seria consequência da gravidade de um planeta desconhecido. O desvio foi encontrado, mas a causa dessa anomalia não era de forma alguma um planeta na borda do sistema solar. Mas, o que é mais interessante, a anomalia foi posteriormente encontrada na sonda gêmea.
Ilustração da saída de "Pioneiros" e "Voyagers" fora do sistema solar
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Hoje, os veículos voam em direções diferentes. A Pioneer 10 está se movendo em direção à borda da Via Láctea, na direção da constelação de Touro. Seu gêmeo, por outro lado, está em direção ao centro da Galáxia, em direção à constelação do Escudo. Deve ser entendido que ambas as sondas estão agora em vôo livre. Apenas a aceleração obtida anteriormente e as forças externas afetam o vôo da espaçonave. As forças são gravitacionais e não gravitacionais.
Entre as não gravitacionais, por exemplo, a pressão da radiação solar, causando aceleração dirigida do sol. E a gravidade do Sol, ao contrário, puxa os veículos em direção à estrela, causando uma aceleração direcionada para o Sol, ou seja, os desacelera. Todas as forças que podem afetar o vôo da espaçonave são calculadas e levadas em consideração. Exceto por um. Uma força desconhecida e incompreensível puxa as sondas de volta. É ela a razão do enigma dos "Pioneiros". O poder é insignificante, mas está lá. Os cálculos mais recentes, obtidos em 2002, indicam que a magnitude da aceleração negativa não explicada é (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Isso é desprezível, mas já levou a um desvio dos veículos em cerca de 400 mil quilômetros da trajetória calculada. Parece que as sondas voaram bilhões de quilômetros. Na época da perda de comunicação com o "Pioneer-10" (23 de janeiro de 2003), ele estava a mais de 12 bilhões de quilômetros de nós. São 82 unidades astronômicas, ou seja, 82 distâncias da Terra ao Sol. A comunicação com o "Pioneer-11" foi perdida em 30 de setembro de 1995, o dispositivo já estava a uma distância de 6,5 bilhões de quilômetros do Sol, ou 43 UA. e.
E o que são essas centenas de milhares em comparação com bilhões de quilômetros? Mas para a ciência, esses valores insignificantes podem ser de grande importância. O desvio da norma, da compreensão usual das coisas, ou seja, as anomalias podem indicar a presença de algo significativo, mas ainda não descoberto. Além disso, em astrofísica.
Uma anomalia no movimento de Urano levou à descoberta de um novo planeta - Netuno. A anomalia no movimento de Mercúrio, descoberta em 1859, só foi explicada pela teoria geral da relatividade de Albert Einstein, que ele desenvolveu em 1915. A solução para a anomalia dos "Pioneiros" pode virar a física moderna de cabeça para baixo ou, ao contrário, ser bastante trivial. É por isso que assombra muitos cientistas.
Pode surgir a pergunta: como os cientistas calcularam a velocidade e, consequentemente, a aceleração dos veículos? As sondas há muito não estão disponíveis para observação. Nem o Hubble nem qualquer outro telescópio será capaz de ver as sondas voando para longe de nós. O controle de velocidade das sondas é realizado medindo-se o deslocamento da frequência Doppler do sinal de rádio, que é enviado na direção da sonda e recebido de volta. É baseado no mesmo efeito Doppler usado para determinar a velocidade dos veículos. O efeito se manifestou na forma da chamada mudança violeta, a mudança do sinal de rádio para a região de ondas curtas do espectro, o que significa que as sondas começaram a desacelerar.
Mas se estamos falando sobre um efeito que pode afetar o movimento de duas sondas, então ele também pode afetar outras? Já dissemos que houve outros depois do programa Pioneer. Mas os Pioneers estão voando sem correções de curso adicionais por muito tempo. Mas a trajetória de vôo e a orientação de outras sondas ainda são corrigidas pelos propulsores. Portanto, medições precisas do efeito, se houver, não podem ser feitas.
Possíveis causas da anomalia
Ao longo dos anos que se dedicaram a encontrar soluções para esse enigma, muitas suposições foram apresentadas. E o primeiro são os erros de observação e interpretação dos dados obtidos. Mas ele foi abandonado quase imediatamente. A anomalia foi atribuída a vários motivos. Frenagem no meio interplanetário (poeira, nuvens de gás, etc.). A atração gravitacional dos objetos do cinturão de Kuiper. Vazamento de gás, como o hélio, usado como fluido de trabalho em geradores de radioisótopos. O motivo também foi buscado nas forças eletromagnéticas causadas pela carga elétrica acumulada nas sondas. E, é claro, foi atribuído à influência da matéria escura ou energia escura. Não sem sugestões para corrigir a física existente. As suposições anteriores forneceram uma explicação não gravitacional para o efeito. Em 1983, o físico israelense Mordechai Milgrom propôs a chamada teoria da dinâmica newtoniana modificada (MOND). Ela é um exemplo de uma teoria alternativa da gravidade. De acordo com a MOND, quando se trata de corpos que se movem com aceleração extremamente baixa, a mecânica newtoniana precisa ser corrigida.
No entanto, a razão para a aceleração anômala dos "Pioneiros" parece ter sido encontrada. Mas primeiro, vamos falar um pouco sobre o design dos dispositivos. As sondas são equipadas com instrumentos científicos e uma antena parabólica com diâmetro de 2,75 metros para comunicação com a Terra. Todo esse equipamento precisava de fonte de alimentação. Veja a construção dos Pioneiros. Você vê painéis solares familiares aos satélites nele? Não. Para espaçonaves que exploram os planetas distantes do sistema solar, não há sentido em painéis solares. Conforme você se move mais fundo no espaço, a intensidade da radiação solar diminui. A energia do sol não é mais suficiente para o funcionamento das células solares.
Diagrama do aparelho "Pioneer-10"
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Ao contrário das sondas que voam para os planetas internos de nosso sistema, geradores termoelétricos de radioisótopos usando plutônio-238 são instalados a bordo para voos para Júpiter, Saturno e outros planetas distantes. Estes não são reatores nucleares. Eles funcionam de uma maneira diferente. Os geradores de radioisótopos usam energia térmica, que é liberada durante a decadência natural dos isótopos radioativos e, usando um gerador termoelétrico, convertem-na em eletricidade. O plutônio-238 é exatamente esse isótopo radioativo, cuja decomposição alimenta o equipamento a bordo das sondas. Cada sonda possui quatro geradores, que são fixados em duas hastes estabilizadoras de três metros, longe dos instrumentos científicos do aparelho.
Uma equipe de pesquisa foi formada no Laboratório de Propulsão a Jato da Agência Aeroespacial Nacional dos EUA para estudar a anomalia dos Pioneiros. Era chefiado por nosso compatriota, formado pelo Departamento de Física da Universidade Estadual de Moscou, Vyacheslav Turyshev. Os pesquisadores conseguiram construir um modelo matemático que explica a aceleração anômala dos "Pioneiros" em pelo menos 70%. Na opinião deles, a questão toda está nos fluxos de calor vindos da sonda em diferentes direções. E a principal fonte de calor são os geradores de radioisótopos, que abasteciam os equipamentos de bordo. O calor foi gerado a partir da operação dos instrumentos. À medida que os instrumentos eram desligados, cada vez mais energia era gasta no aquecimento das sondas. O calor foi irradiado para o espaço. Foi a força de recuo da radiação térmica que foi subestimada no cálculo da trajetória de vôo estimada. No entanto, a pressão da radiação de calor é desigual. Em vôo, as sondas são estabilizadas girando em torno do eixo longitudinal. O calor irradiado perpendicularmente ao eixo longitudinal é dissipado em todas as direções uniformemente e não afeta o movimento das sondas. Mas também há radiação ao longo do eixo. E irradia de forma desigual. Cálculos têm demonstrado que o fluxo de calor irradiado na direção do movimento dos veículos dá um retorno maior do que na direção oposta, ou seja, o sobrepuja e provoca o efeito de frenagem.isto é, ele o domina e causa um efeito de inibição.isto é, ele o domina e causa um efeito de inibição.
Vista traseira da antena transmissora
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Mas qual é a razão dos 30% restantes? Talvez físicos do Instituto Português de Plasma e Fusão Nuclear conseguiram encontrar uma explicação. Eles seguiram o mesmo caminho que o grupo de Turyshev. Mas prestamos mais atenção à antena transmissora das sondas, que, lembramos, tem quase três metros de diâmetro. Tendo feito novos cálculos com base em seu modelo matemático das sondas, eles chegaram à conclusão de que a radiação térmica refletida na parte de trás da antena dá o mesmo impulso ausente.
Bem, o mistério que assombrava os cientistas parece estar resolvido. A humanidade continua a explorar o espaço. Para novos quebra-cabeças e uma busca emocionante por suas soluções.
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Sergey Sobol
