Anomalía física de la propulsión de las sondas Pioneer

El 5 de octubre de 1998, la revista Physical Review Letters publicó, en su volumen 81, un artículo titulado:

Indicación, de las sondas Pioneer 10/11, Galileo y Ulysses, de una Aceleración Aparentemente Anómala, Débil y de Largo Alcance.

John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto y Slava G. Tuyshev

.....Referencia: Números PACS: 04.80.-y, 95, Eg, 95.55.Pe

.....A continuación el resumen, primero en inglés y luego su traducción al francés:

Los datos de radiocomunicación de las sondas Pioneer 10/11, Galileo y Ulysses indican una aceleración aparentemente anómala, constante, que actúa sobre las sondas con una magnitud de 8,5 x 10

cm/s

, dirigida hacia el Sol. Se han utilizado dos códigos independientes y estrategias físicas para analizar los datos. Se han descartado varios posibles causas. Discutimos pruebas cinemáticas futuras y posibles orígenes de la señal.

Señales de radio emitidas por las sondas Pioneer 10, Pioneer 11 y Ulysses indican una aceleración anómala, dirigida hacia el Sol, cuya magnitud es de 8,5 x 10

cm/s

. Se han utilizado dos programas de cálculo independientes para analizar los datos recibidos. Algunas causas potenciales han podido ser eliminadas. Se mencionan futuras pruebas cinemáticas y se cuestiona el origen de este fenómeno.

Pioneer X

.....A continuación se presenta un resumen del artículo con algunos extractos.

....La exploración de los planetas lejanos comenzó en 1972 con el lanzamiento de Pioneer 10, seguido por Pioneer 11 en 1973. Después de sufrir un efecto de asistencia gravitacional al cruzar Júpiter y Saturno, ambas sondas tomaron trayectorias hiperbólicas que las hicieron salir del sistema solar. Aunque Pioneer 10 sigue transmitiendo señales, la NASA puso oficialmente fin a esta misión el 31 de marzo de 1997, cuando la sonda se encontraba a 67 unidades astronómicas del Sol. El sistema de radio de Pioneer 11 se puso fuera de servicio el 1 de octubre de 1990, cuando esta segunda sonda se encontraba a 30 unidades astronómicas del Sol. Sin embargo, debido a su excelente estabilización por rotación, estas sondas son excelentes dispositivos para estudios dinámicos. Se pueden realizar mediciones de aceleración (en realidad de desaceleración), escalonadas cada cinco días, que conducen a una precisión de evaluación de ~ 10-10 cm/s2. Por lo tanto, se analizaron las trayectorias de estos dos vehículos en el JPL (Jet Propulsion Laboratory, departamento DSN (Deep Space Network)). En este tipo de análisis, se tuvieron en cuenta obviamente las perturbaciones debidas a los planetas, la presión de radiación, el efecto del medio interestelar, y efectos de Relatividad General. En resumen, se tomaron todas las precauciones para obtener un resultado de análisis que elimine todas las causas conocidas de variaciones con respecto a una trayectoria kepleriana simple. A partir de 1980, cuando el efecto de la presión de radiación (que disminuye como r-2) pudo ser despreciado, el cual induce, a 20 unidades astronómicas de distancia, una aceleración inferior a 5 x 10-8 cm/s2, los análisis revelaron una componente anómala de desaceleración, una "aceleración dirigida hacia el Sol" (para usar el término utilizado en el artículo), cuyo valor típico era: (8 ± 3) 10-8 cm/s2. Entonces consideramos que este efecto podría deberse a:

• al campo gravitacional de la cinturón de Kuiper
• al campo gravitacional de la galaxia
• a errores en las efemérides - a errores típicos en la evaluación de la posición de la Tierra
• a fenómenos de precesión y nutación.

....Pero ninguna de estas "fuerzas" podía justificar tal efecto: faltaban tres órdenes de magnitud. Luego se imaginó que el fenómeno podría deberse a la disminución de potencia de los generadores de electricidad, al plutonio. Pero esta causa fue eliminada, ya que si hubiera sido así, el fenómeno variaría con el tiempo según la disminución de potencia de estas fuentes de electricidad a bordo. Así que llegamos a la conclusión de que las sondas sufrían una aceleración dirigida hacia el Sol de:

....- ( 8.09 ± 0.20 ) 10-8 cm/s2 para Pioneer 10 ....- ( 8.56 ± 0.15 ) 10-8 cm/s2 para Pioneer 11

....Estos valores no cambiaron, con una sensibilidad de 2 10-8 cm/s2 en un rango de distancia que va de 40 a 60 unidades astronómicas. Pensamos entonces en el efecto de una fuerza de arrastre, de una acción de la viscosidad del medio ambiente, proporcional a la velocidad de las sondas. Pero esto no era muy creíble, ya que las trayectorias de estas dos sondas son bastante diferentes de una trayectoria radial, en relación al Sol.

...Extendimos entonces nuestros análisis a otras dos sondas: Galileo y la sonda Ulysses, cuya trayectoria se encuentra fuera del plano de la eclíptica. Había grandes cantidades de datos disponibles, relacionados con las mediciones por efecto Doppler. Pronto resultó imposible extraer algo de los datos relacionados con la sonda Galileo, debido al efecto no despreciable de la presión de radiación, relacionado con el Sol. Por el contrario, el análisis de los datos relacionados con Ulysses reveló una aceleración de origen desconocido, siempre dirigida hacia el Sol, que valía:

...- ( 12 ± 3 ) 10-8 cm/s2

...Reencontrando el mismo fenómeno con este tercer vehículo, pensamos que podría tratarse de un error relacionado con el código utilizado. Por lo tanto, cambiamos de herramienta de análisis utilizando el CHASMP (Compact High Accuracy Motion Program): ningún cambio. Llegamos a considerar que los relojes atómicos podrían "derivar en el tiempo" o incluso dar valores diferentes en diferentes puntos de la Tierra (...).

...Esto dicho, se encontró para Galileo el mismo fenómeno ( 8 ± 3 ) 10-8 cm/s2: Pero la proximidad al Sol hacía que en ese momento este valor fuera prácticamente igual al resultado del efecto de la presión de radiación (que, sin embargo, podía ser completamente despreciada por Pioneer 10, Pioneer 11 y Ulysses).

...Luego se pensó en una interacción desconocida entre los fotones provenientes de las ondas y el viento solar (...). Las discusiones luego se centraron en futuras misiones como "Pluto Express" y "Solar Probe".

..Nos preguntamos si este efecto no podría deberse a la presencia de materia oscura en el sistema solar, pero esta interpretación implicaría la presencia de una cantidad de materia oscura superior a 3 10-4 masas solares. Pero esto contradiría entonces la fiabilidad de las precisiones de las efemérides, basadas en la masa visible. Se podría pensar que una masa parasita de dos órdenes de magnitud inferior sería suficiente para crear perturbaciones observables, incluso para objetos tan lejanos como Urano. La pista de la materia oscura debió abandonarse, así como la hipótesis de un enjambre de "neutrinos masivos".

..Luego se consideró modificar el potencial gravitacional teniendo en cuenta la adición de una fuerza de Yukawa. La referencia es:

..M.M Nieto y T Goldman, Phys. Rev. Rep. 205 , 221 (1991) ; 216 , 343 (1992).

..El potencial gravitacional se convierte entonces en:

l es el radio de acción de esta nueva fuerza. Este tipo de modelo conduce a una aceleración constante:

donde a1 es la aceleración newtoniana a la distancia r1 = una unidad astronómica. También consideramos otros modelos donde la ley de Newton se modifica. Siendo así, esta modificación de la ley de Newton debería tener una influencia en las órbitas de los planetas del sistema solar. Para planetas como Marte, las sondas Viking pueden detectar variaciones en los parámetros orbitales del orden de cientos de metros. Combinando los efectos que sufrirían tanto Marte como la Tierra, la precisión de la medición sería entonces de 150 metros. Sin embargo:

El efecto Pioneer no se observa.... un gran error aquí causaría inconsistencias con las efemérides planetarias en general.

Traducción: "No se encuentra el efecto Pioneer.... un error tan grande sería incompatible con los datos de las efemérides".

...La consecuencia: si esta modificación de la ley de Newton tuviera un efecto en las trayectorias de Marte y la Tierra (por lo tanto, pretendía universalidad), las restricciones impuestas por la precisión de las mediciones Viking hacen que el efecto deba ser inferior a 0.1 10-8 cm/s2 .

..*.**En consecuencia, si la aceleración radial anómala que actúa sobre las sondas giratorias tiene un origen gravitacional, no es universal. Es decir, debe afectar a cuerpos en el rango de 1000 kg más que a cuerpos de tamaño planetario por un factor de 100 o más. Esto sería una extraña violación del Principio de Equivalencia. *

Traducción: En consecuencia, si la aceleración radial anómala detectada para las sondas que giran sobre sí mismas tuviera un origen gravitacional, el efecto no correspondería a una nueva ley universal. En efecto, esto significaría que este efecto sería más importante para objetos cuya masa esté en el orden de una tonelada que para objetos tan masivos como planetas, y esto a un factor de cien.

...Por cierto, cabe señalar que los datos de Viking también fueron analizados con un segundo código (CHASMP), ya mencionado anteriormente.

...La conclusión del artículo: la causa del efecto sigue siendo un misterio completo por el momento. Por supuesto, uno se pregunta entonces si un efecto tan débil, aunque perfectamente medible, no podría deberse al efecto repulsivo de un entorno de materia gemela, la cual tiende, a todas las escalas, a infiltrarse donde la materia está ausente. Según mi modelo, el "vacío interestelar" contendría (en el universo adyacente al nuestro) una densidad de materia gemela mucho mayor que la densidad de una materia muy enrarecida. Un estudio sistemático, una modelización, simulaciones en computadora constituirían un muy bonito tema de tesis. Lamentablemente, el pobre estudiante de tesis que se aventurara en estas aguas vería inmediatamente su carrera de investigador eliminada, definitivamente.

Remy Chauvin es el autor de una frase que servirá de conclusión:

...Cuando uno quiere emprender algo, inmediatamente se enfrenta a:

...........- Las personas que hacen lo mismo

...........- Aquellos que hacen lo contrario

*...........- Aquellos que no hacen nada. *

Una observación rápida: Se podría pensar (un detalle que no se mencionó en el artículo) que este efecto de aceleración anómala podría estar relacionado con un "efecto de constante cosmológica". Pero, como el efecto observado actúa en el sentido de una desaceleración, deberíamos entonces hablar de "poder atractivo del vacío". Además, este efecto debería crecer con la distancia. Las sondas Pioneer, o al menos una de ellas, están a unas 60 unidades astronómicas, es decir, a 1013 metros del Sol. Situando la órbita (media) de Plutón a cinco mil millones de km, es decir, 5 1012 metros, vemos que estas sondas, cuya más antigua fue lanzada en 1972, se encuentran a dos veces el diámetro del sistema solar. Por otro lado, la sonda Ulysses, que escala el cosmos fuera del plano de la eclíptica, solo sube trescientos millones de km, es decir, la décima parte de la órbita de Urano, o la sexta parte de la órbita de Plutón. Ulysses está, por lo tanto, mucho más cerca del Sol. Sin embargo, la anomalía de aceleración constatada para Ulysses es de 12 10-8 cm/s2, es decir, 1,4 veces más importante que las anomalías detectadas para las sondas Pioneer. Esto parece excluir a priori la pista de la "constante cosmológica".

...¿Qué hay de un efecto relacionado con un entorno de materia gemela repulsiva? Desde esta perspectiva, dado que la materia y la materia gemela se repelen, donde una domina, la otra está ausente, y viceversa. En el esquema que indiqué, grandes conglomerados de materia gemela se situarían en el centro de los "grandes vacíos" que constituyen la estructura a gran escala del universo (VLS). La materia se organizaría entonces cerca de estructuras que parecen "burbujas de jabón unidas", los cúmulos de galaxias siendo los puntos de unión de tres capas. En estas "láminas": las galaxias, bañadas en un entorno de materia gemela caliente, estructurada como un tipo de queso suizo, las galaxias estando ubicadas en las vacíos. Pero todo esto sigue siendo esquemático. La materia gemela tiende a infiltrarse donde pueda. Una galaxia no es una distribución uniforme de materia. En cuanto a las poblaciones estelares, son pequeños granos de materia poblados en inmensos vacíos. En estos vacíos, nubes de gas interestelar, ciertamente. Pero la materia no está omnipresente. Donde se encuentra en estado enrarecido, la materia gemela se infiltra. Por lo tanto, se puede imaginar que el espacio interestelar pueda contener materia gemela, a baja densidad. Esta aportaría entonces una contribución al "confinamiento" del sistema, pero mínima. El sistema solar, en cuanto a la gravedad, puede representarse, en primer orden, por una masa puntual: la del Sol, es decir, 2 1030 kilos. En relación a esta masa, los planetas son solo pequeños objetos perturbadores. En consecuencia, si hay una distribución de materia gemela, esta tendría, en primer orden, una distribución con una simetría casi esférica. Entre las estrellas, lejos del Sol, esta materia gemela tendría una densidad r* casi constante, que disminuiría al acercarse al Sol. Esta laguna, que tiene un efecto de confinamiento, frenaría a las sondas espaciales. Habría que evaluar esta distribución mediante simulaciones numéricas y ver entonces si tal interpretación sería compatible con la precisión de las efemérides.

Contador inicializado el 12 de diciembre de 2001. Número de consultas :

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