Η 5η Οκτωβρίου 1998, το περιοδικό Physical Review Letters δημοσίευσε, στο τεύχος 81, ένα άρθρο με τον τίτλο:
Ένδειξη, από τα δεδομένα των Pioneer 10/11, Galileo και Ulysses, μιας φαινομενικά anomalous, ασθενούς, μακροπρόθεσμης επιτάχυνσης.
John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto και Slava G. Turyshev
.....Παραπομπή: Αριθμοί PACS: 04.80.-y, 95.Eg, 95.55.Pe
.....Ακολουθεί η περίληψη, πρώτα στα αγγλικά, και στη συνέχεια η μετάφρασή της στα γαλλικά:
| ...Τα ραδιομετρικά δεδομένα από τα διαστημικά σκάφη Pioneer 10/11, Galileo και Ulysses δείχνουν μια φαινομενικά anomalous, σταθερή επιτάχυνση που δρα στα σκάφη με μέγεθος 8,5 x 10-8 cm/s2, κατευθυνόμενη προς τον Ήλιο. Δύο ανεξάρτητα προγράμματα και φυσικές στρατηγικές χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των δεδομένων. Ένας αριθμός πιθανών αιτίων έχει αποκλειστεί. Συζητάμε μελλοντικούς κινηματικούς έλεγχους και πιθανές προέλευσεις του σήματος. |
| ...Τα ραδιοσήματα που εκπέμπουν οι διαστημικές συσκευές Pioneer 10, Pioneer 11 και η συσκευή Ulysses δείχνουν μια anomalous επιτάχυνση, κατευθυνόμενη προς τον Ήλιο, της τάξης των 8,5 x 10-8 cm/s2. Δύο ανεξάρτητα προγράμματα υπολογισμού χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των δεδομένων που ελήφθησαν. Ορισμένες πιθανές αιτίες μπόρεσαν να αποκλειστούν. Αναφέρονται μελλοντικοί κινηματικοί έλεγχοι και διερευνάται η προέλευση αυτού του φαινομένου. |
Pioneer X
.....Ακολουθεί μια περίληψη του άρθρου με ορισμένα αποσπάσματα.
....Η εξερεύνηση των μακρινών πλανητών ξεκίνησε το 1972 με την εκτόξευση του Pioneer 10, ακολουθούμενο από το Pioneer 11 το 1973. Αφού υπέστησαν ένα φαινόμενο βαρύτητας (slingshot effect) διασχίζοντας τον Δία και τον Κρόνο, οι δύο συσκευές ακολούθησαν υπερβολικές τροχιές που τις οδήγησαν μακριά από το ηλιακό σύστημα. Αν και το Pioneer 10 εξακολουθεί να μεταδίδει σήματα, η NASA τερματίσε επίσημα αυτή την αποστολή στις 31 Μαρτίου 1997, όταν η συσκευή βρισκόταν σε απόσταση 67 αστρονομικών μονάδων από τον Ήλιο. Το ραδιοσύστημα του Pioneer 11, από την άλλη πλευρά, τέθηκε εκτός λειτουργίας την 1η Οκτωβρίου 1990, όταν αυτή η δεύτερη συσκευή βρισκόταν σε απόσταση 30 αστρονομικών μονάδων από τον Ήλιο. Παρ' όλα αυτά, λόγω της εξαιρετικής σταθεροποίησής τους μέσω περιστροφής, αυτές οι συσκευές αποτελούν πολύ καλά εργαλεία για δυναμικές μελέτες. Μπορούν να γίνουν μετρήσεις επιτάχυνσης (στην πραγματικότητα επιβράδυνσης), διαχωρίζοντας τις μετρήσεις σε πέντε ημέρες, οι οποίες οδηγούν σε ακρίβεια εκτίμησης της τάξης των ~ 10-10 cm/s2. Επομένως, αναλύθηκαν οι τροχιές αυτών των δύο σκαφών στο JPL (Jet Propulsion Laboratory), στο τμήμα DSN (Deep Space Network). Σε αυτόν τον τύπο ανάλυσης, λήφθηκαν φυσικά υπόψη οι διαταραχές που οφείλονται στους πλανήτες, η πίεση ακτινοβολίας, η επίδραση του διαπλανητικού μέσου και οι επιδράσεις της Γενικής Σχετικότητας. Εν συντομία, λήφθηκαν όλες οι προφυλάξεις για να επιτευχθεί ένα αποτέλεσμα ανάλυσης που αποκλείει όλες τις γνωστές αιτίες παραλλαγών σε σχέση με μια απλή κεπλερική τροχιά. Από το 1980, όταν η επίδραση της πίεσης ακτινοβολίας (η οποία μειώνεται ως r-2) μπορούσε να αγνοηθεί, η οποία προκαλεί, σε απόσταση 20 αστρονομικών μονάδων, μια επιτάχυνση μικρότερη από 5 x 10-8 cm/s2, οι αναλύσεις ανέφεραν μια anomalous συνιστώσα επιβράδυνσης, μια "επιτάχυνση κατευθυνόμενη προς τον Ήλιο" (για να χρησιμοποιήσουμε τον όρο που χρησιμοποιείται στο άρθρο) η οποία είχε τυπική τιμή: (8 ± 3) 10-8 cm/s2. Τότε εξετάσαμε την πιθανότητα αυτό το φαινόμενο να οφείλεται:
- στο βαρυτικό πεδίο της ζώνης του Kuiper
- στο βαρυτικό πεδίο του γαλαξία
- σε σφάλματα στα εφημερίδια
- σε τυπικά σφάλματα στην εκτίμηση της θέσης της Γης
- σε φαινόμενα μετάπτωσης και nutation.
....Αλλά καμία από αυτές τις "δυνάμεις" δεν κατάφερε να δικαιολογήσει ένα τέτοιο φαινόμενο: απαιτούνταν τρεις τάξεις μεγέθους. Στη συνέχεια, φανταστήκαμε ότι το φαινόμενο θα μπορούσε να οφείλεται στην πτώση της ισχύος των γεννητριών ηλεκτρικής ενέργειας, του πλουτωνίου. Αλλά αυτή η αιτία αποκλείστηκε, διότι αν είχε συμβεί αυτό, το φαινόμενο θα μεταβαλλόταν με τον χρόνο ανάλογα με την πτώση της ισχύος αυτών των onboard πηγών ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, οδηγηθήκαμε στο συμπέρασμα ότι οι συσκευές υπέστησαν μια επιτάχυνση κατευθυνόμενη προς τον Ήλιο της τάξης:
....- ( 8,09 ± 0,20 ) 10-8 cm/s2 για το Pioneer 10
....- ( 8,56 ± 0,15 ) 10-8 cm/s2 για το Pioneer 11
....Αυτές οι τιμές δεν μεταβλήθηκαν, στο επίπεδο ευαισθησίας των 2 x 10-8 cm/s2, σε ένα εύρος αποστάσεων από 40 έως 60 αστρονομικές μονάδες. Τότε σκεφτήκαμε την επίδραση μιας δύναμης αντίστασης, μιας δράσης του ιξώδους του περιβάλλοντος μέσου, ανάλογη με την ταχύτητα των συσκευών. Αλλά αυτό δεν ήταν πολύ πιθανό, δεδομένου ότι οι τροχιές αυτών των δύο συσκευών διαφέρουν αρκετά από μια ακτινική τροχιά, σε σχέση με τον Ήλιο.
...Επεκτείναμε τότε τις αναλύσεις μας σε δύο άλλες συσκευές: το Galileo και τη συσκευή Ulysses, η τροχιά της οποίας βρίσκεται εκτός του επιπέδου της εκλειπτικής. Ήταν διαθέσιμες τεράστιες ποσότητες δεδομένων, σχετικά με τις μετρήσεις Doppler. Γρήγορα φάνηκε αδύνατο να εξέλθει οτιδήποτε από τα δεδομένα που σχετίζονται με τη συσκευή Galileo, δεδομένης της μη αμελητέας επίδρασης της πίεσης ακτινοβολίας, που σχετίζεται με τον Ήλιο. Αντίθετα, η ανάλυση των δεδομένων που σχετίζονται με το Ulysses αποκάλυψε μια επιτάχυνση άγνωστης προέλευσης, πάντα κατευθυνόμενη προς τον Ήλιο, της τάξης:
...- ( 12 ± 3 ) 10-8 cm/s2
...Εντοπίζοντας το ίδιο φαινόμενο με αυτό το τρίτο σκάφος, σκεφτήκαμε τότε ότι θα μπορούσε να πρόκειται για σφάλμα σχετικό με τον κώδικα που χρησιμοποιήθηκε. Επομένως, αλλάξαμε το εργαλείο ανάλυσης χρησιμοποιώντας το CHASMP (Compact High Accuracy Motion Program): καμία αλλαγή. Αυτό μας οδήγησε να εξετάσουμε την πιθανότητα οι ατομικές ώρες να "παράγονται" με τον χρόνο ή ακόμη και να δίνουν διαφορετικές τιμές σε διαφορετικά σημεία της Γης (...).
...Με αυτό δεδομένο, βρέθηκε για το Galileo το ίδιο φαινόμενο ( 8 ± 3 ) 10-8 cm/s2: Αλλά η εγγύτητα του Ήλιου σήμαινε ότι τότε αυτή η τιμή ήταν πρακτικά ίση με αυτή που προέκυπτε από την επίδραση της πίεσης ακτινοβολίας (η οποία, από την άλλη πλευρά, μπορούσε να αγνοηθεί πλήρως για το Pioneer 10, Pioneer 11 και το Ulysses).
...Στη συνέχεια, σκεφτήκαμε μια άγνωστη αλληλεπίδραση μεταξύ των φωτονίων που προέρχονται από τα κύματα και του ηλιακού ανέμου (...). Οι συζητήσεις εστίασαν στη συνέχεια σε μελλοντικές αποστολές όπως το "Pluto Express" και το "Solar Probe".
..Αναρωτηθήκαμε αν αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να αποδοθεί στην παρουσία dark matter στο ηλιακό σύστημα, αλλά αυτός ο τύπος ερμηνείας συνεπαγόταν την παρουσία ποσότητας dark matter μεγαλύτερη από 3 x 10-4 ηλιακές μάζες. Αλλά αυτό θα αντιφάσκει τότε με την αξιοπιστία της ακρίβειας των εφημερίδιων, που βασίζονται στην ορατή μάζα. Φαίνεται ότι μια παρασιτική μάζα δύο τάξεις μεγέθους μικρότερη θα αρκούσε για να δημιουργήσει παρατηρήσιμες διαταραχές, ακόμη και για αντικείμενα τόσο μακρινά όσο ο Ουρανός. Η υπόθεση της dark matter έπρεπε λοιπόν να εγκαταλειφθεί, όπως και η υπόθεση ενός σμήνους "massive neutrinos".
..Τότε εξετάσαμε την πιθανότητα να τροποποιηθεί το βαρυτικό δυναμικό λαμβάνοντας υπόψη την προσθήκη μιας δύναμης Yukawa. Η παραπομπή είναι:
..M.M. Nieto and T. Goldman, Phys. Rev. Rep. 205, 221 (1991); 216, 343 (1992).
..Το βαρυτικό δυναμικό γίνεται τότε:
l είναι η ακτίνα δράσης αυτής της νέας δύναμης. Αυτός ο τύπος μοντέλου οδηγεί σε μια σταθερή επιτάχυνση:
όπου a1 είναι η Νευτώνεια επιτάχυνση στην απόσταση r1 = μία αστρονομική μονάδα. Εξετάσαμε επίσης άλλα μοντέλα όπου ο νόμος του Νεύτωνα τροποποιείται. Με αυτό δεδομένο, αυτή η τροποποίηση του νόμου του Νεύτωνα θα πρέπει να έχει επιδράσεις στις τροχιές των πλανητών του ηλιακού συστήματος. Για πλανήτες όπως ο Άρης, οι συσκευές τύπου Viking είναι σε θέση να ανιχνεύουν διακυμάνσεις στα τροχιακά παραμέτρους της τάξης των εκατό μέτρων. Συνδυάζοντας τις επιδράσεις που θα υφίσταντο τόσο ο Άρης όσο και η Γη, η ακρίβεια της μέτρησης θα ήταν τότε 150 μέτρα. Όμως:
The Pioneer effect is not seen.... a large error here would cause inconsistencies with the overall planetary ephemeris.
Μετάφραση: "Δεν εντοπίζεται το φαινόμενο Pioneer.... ένα τόσο μεγάλο σφάλμα θα ήταν σε disagreement με τα δεδομένα των εφημερίδιων".
...Το συμπέρασμα: αν αυτή η τροποποίηση του νόμου του Νεύτωνα είχε επίδραση στις τροχιές του Άρη και της Γης (δηλαδή είχε αξίωση καθολικότητας), οι περιορισμοί που επιβάλλονται από την ακρίβεια των μετρήσεων του Viking σημαίνουν ότι το φαινόμενο θα έπρεπε να είναι μικρότερο από 0,1 x 10-8 cm/s2.
..*.*Consequently, if the anomalous radial acceleration acting on spinning spacecraft is gravitational in origin, it is not universal. That is, it must affect bodies in the 1000 kg range more than bodies of planetary size by a factor 100 or more. This would be a strange violation of the Equivalence Principle.
Μετάφραση: Επομένως, αν η anomalous ακτινική επιτάχυνση που εντοπίστηκε για τις περιστρεφόμενες διαστημικές συσκευές είχε βαρυτική προέλευση, το φαινόμενο δεν θα αντιστοιχούσε σε ένα νέο καθολικό νόμο. Πράγματι, αυτό θα σήμαινε ότι αυτό το φαινόμενο θα ήταν πιο σημαντικό για αντικείμενα με μάζα της τάξης του ενός τόνου από ό,τι για αντικείμενα τόσο μαζικά όσο οι πλανήτες, και αυτό κατά έναν παράγοντα εκατό ή περισσότερο.
...Παρεμπιπτόντως, σημειώνουμε ότι τα δεδομένα του Viking αναλύθηκαν επίσης με έναν δεύτερο κώδικα (CHASMP), που αναφέρθηκε προηγουμένως.
...Το συμπέρασμα του άρθρου: η αιτία του φαινομένου παραμένει για την ώρα ένα πλήρες μυστήριο. Φυσικά, τότε θέλουμε να αναρωτηθούμε αν ένα τέτοιο φαινόμενο, ασθενές μεν αλλά τέλεια μετρήσιμο, θα μπορούσε να οφείλεται στην απωθητική επίδραση ενός περιβάλλοντος twin matter, το οποίο έχει την τάση, σε όλες τις κλίμακες, να διεισδύει παντού όπου η ύλη απουσιάζει. Σύμφωνα με το μοντέλο μου, το "διαστellar κενό" θα περιείχε (στον adjacent σύμπαν σε σχέση με τον δικό μας) μια πυκνότητα twin matter πολύ μεγαλύτερη από την πυκνότητα μιας ύλης που έχει become πολύ αραιή. Μια συστηματική μελέτη, μια μοντελοποίηση, προσομοιώσεις σε υπολογιστή θα αποτελούσαν ένα πολύ όμορφο θέμα διατριβής. Δυστυχώς, ο poor φοιτητής που θα ventured σε τέτοια waters θα έβλεπε την ερευνητική του καριέρα αμέσως obliterated, οριστικά.
Ο Rémy Chauvin είναι ο συγγραφέας μιας φράσης που θα χρησιμεύσει ως συμπέρασμα:
...Όταν κάποιος θέλει να undertake κάτι, έχει αμέσως εναντίον του:
...........- Τους ανθρώπους που κάνουν το ίδιο πράγμα
...........- Τους ανθρώπους που κάνουν το αντίθετο
...........- Τους ανθρώπους που δεν κάνουν τίποτα.
Μια παρατήρηση παρεμπιπτόντως: Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί (μια λεπτομέρεια που δεν αναφέρθηκε στο άρθρο) ότι αυτό το anomalous φαινόμενο επιτάχυνσης θα μπορούσε να σχετίζεται με ένα "φαινόμενο cosmological constant". Αλλά, δεδομένου ότι το φαινόμενο που παρατηρήθηκε δρα προς την κατεύθυνση της επιβράδυνσης, θα έπρεπε τότε να μιλήσουμε για την "attractive power του κενού". Από την άλλη πλευρά, αυτό το φαινόμενο θα έπρεπε να αυξάνεται με την απόσταση. Όμως οι συσκευές Pioneer, ή τουλάχιστον μία από αυτές, βρίσκονται σε περίπου 60 αστρονομικές μονάδες, δηλαδή σε 1013 μέτρα από τον Ήλιο. Τοποθετώντας την (μέση) τροχιά του Πλούτωνα στα πέντε δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, δηλαδή 5 x 1012 μέτρα, βλέπουμε ότι αυτές οι συσκευές, από τις οποίες η παλαιότερη εκτοξεύτηκε το 1972, βρίσκονται σε δύο φορές τη διάμετρο του ηλιακού συστήματος. Αντίθετα, η συσκευή Ulysses, που climbs το cosmos εκτός του επιπέδου της εκλειπτικής, ανεβαίνει μόνο στα τριακόσια εκατομμύρια χιλιόμετρα, δηλαδή το ένα δέκατο της τροχιάς του Ουρανού, ή το ένα έκτο της τροχιάς του Πλούτωνα. Το Ulysses είναι λοιπόν πολύ πιο κοντά στον Ήλιο. Όμως η anomalous επιτάχυνση που παρατηρήθηκε για το Ulysses είναι 12 x 10-8 cm/s2, δηλαδή 1,4 φορές μεγαλύτερη από τις anomalies που εντοπίστηκαν για τις συσκευές Pioneer. Αυτό φαίνεται λοιπόν να αποκλείει εκ των προτέρων την υπόθεση "cosmological constant".
...Τι γίνεται με ένα φαινόμενο που θα σχετιζόταν με ένα περιβάλλον απωθητικής twin matter; Σε αυτή την οπτική, δεδομένου ότι η ύλη και η twin matter απωθούνται, εκεί όπου η μία κυριαρχεί, η άλλη απουσιάζει, και vice-versa. Στο σχήμα που έχω δείξει, μεγάλοι συσσωματώσεις twin matter θα βρίσκονταν στο κέντρο των "μεγάλων κενών" που αποτελούν τη δομή σε μεγάλη κλίμακα του σύμπαντος (VLS). Η ύλη θα arranged τότε κοντά σε δομές που evoke "adjacent soap bubbles", οι συστάδες γαλαξιών being τα σημεία συνάντησης τριών layers. Σε αυτά τα "plates": οι γαλαξίες, bathed σε ένα περιβάλλον ζεστής twin matter, structured ως ένα είδος gruyère, οι γαλαξίες being nestled στα gaps. Αλλά όλα αυτά παραμένουν schematic. Η twin matter tends να διεισδύει παντού όπου μπορεί. Ένας γαλαξίας δεν είναι μια uniform distribution ύλης. Σε σχέση με τις stellar populations, είναι tiny grains ύλης που populate immense κενά. Σε αυτά τα κενά, there are clouds διαstellar gas, admittedly. Αλλά η ύλη δεν είναι omnipresent. Εκεί όπου βρίσκεται σε αραιή κατάσταση, η twin matter διεισδύει. Μπορούμε λοιπόν να imagine ότι ο διαstellar space μπορεί να περιέχει twin matter, σε χαμηλή πυκνότητα. Αυτή contributes τότε στο "confinement" του συστήματος, αλλά minime. Το ηλιακό σύστημα, σε σχέση με τη βαρύτητα, μπορεί κατά πρώτο order να figurated ως μια point mass: αυτή του Ήλιου, δηλαδή 2 x 1030 κιλά. Σε σχέση με αυτή τη μάζα, οι πλανήτες είναι μόνο small perturbing objects. Επομένως, αν υπάρχει distribution twin matter, αυτή θα had, κατά πρώτο order, μια distribution που possesses quasi-spherical symmetría. Μεταξύ των άστρων, μακριά από τον Ήλιο, αυτή η twin matter θα had μια πυκνότητα r* quasi-constant, που θα decreased όταν πλησιάζουμε τον Ήλιο. Είναι αυτό το gap που, having confining effect, θα brake τις διαstellar συσκευές. Θα έπρεπε να evaluate αυτή η distribution με τη βοήθεια numerical simulations και να see τότε αν μια τέτοια interpretation θα ήταν compatible με την ακρίβεια των εφημερίδιων.
Counter initialized on 12 December 2001. Number of visits:
