Anomalie fisica della spinta delle sonde Pioneer

Il 5 ottobre 1998 la rivista Physical Review Letters ha pubblicato, nel numero 81, un articolo intitolato:

**Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration. **

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

.....Riferimento: PACS numbers : 04.80.-y,95,Eg,95.55.Pe

.....Di seguito l'abstract, prima in inglese, poi la sua traduzione in francese:

I dati radio metrici delle sonde Pioneer 10/11, Galileo e Ulysses indicano un'accelerazione apparente anomala, costante, che agisce sulle sonde con una magnitudine 8,5 x 10

cm/s

, diretta verso il Sole. Due codici indipendenti e strategie fisiche sono stati utilizzati per analizzare i dati. Un certo numero di cause potenziali è stato escluso. Discutiamo test cinematici futuri e possibili origini del segnale.

Segnali radio emessi dalle sonde Pioneer 10, Pioneer 11 e Ulysses indicano un'accelerazione anomala, diretta verso il Sole, dell'ordine di 8,5 x 10

cm/s

. Due programmi di calcolo indipendenti sono stati utilizzati per analizzare i dati ricevuti. Alcune cause potenziali sono state eliminate. Si evocano futuri test cinematici e si interrogano sull'origine di questo fenomeno.

Pioneer X

.....Segue un riassunto dell'articolo con alcuni estratti.

....L'esplorazione dei pianeti lontani ha iniziato nel 1972 con il lancio di Pioneer 10, seguito da Pioneer 11 nel 1973. Dopo aver subito un effetto di slingshot incrociando Giove e Saturno, le due sonde hanno preso traiettorie iperboliche che le fanno quindi uscire dal sistema solare. Anche se Pioneer 10 trasmette ancora segnali, la NASA ha ufficialmente terminato questa missione il 31 marzo 1997, quando la sonda si trovava a una distanza di 67 unità astronomiche dal Sole. Il sistema radio di Pioneer 11 si è invece disattivato il 1° ottobre 1990, quando questa seconda sonda si trovava a 30 unità astronomiche dal Sole. Comunque, grazie alla sua eccellente stabilizzazione rotazionale, queste sonde sono ottimi strumenti per studi dinamici. Possono essere effettuate misure di accelerazione (in realtà di decelerazione), distribuite su cinque giorni, che conducono a una precisione di valutazione di ~ 10-10 cm/s2. Sono state quindi analizzate le traiettorie di questi due veicoli al JPL (Jet Propulsion Laboratory, al dipartimento DSN (Deep Space Network). In questo tipo di analisi si è ovviamente tenuto conto delle perturbazioni dovute ai pianeti, della pressione di radiazione, dell'effetto del mezzo interplanetario, degli effetti della Relatività Generale. In breve, sono state prese tutte le precauzioni per ottenere un risultato di analisi che esclude tutte le cause note di variazioni rispetto a una semplice traiettoria kepleriana. A partire dal 1980, quando l'effetto della pressione di radiazione (che decresce con r-2) è stato trascurabile, il quale induce, a 20 unità astronomiche di distanza, un'accelerazione inferiore a 5 x 10-8 cm/s2, le analisi hanno rivelato una componente anomala di decelerazione, una "accelerazione diretta verso il Sole" (per riprendere il termine utilizzato nell'articolo) con un valore tipico: (8 ± 3) 10-8 cm/s2. Abbiamo quindi considerato che questo effetto potesse essere dovuto a:

• al campo gravitazionale della fascia di Kuiper
• al campo gravitazionale della galassia
• agli errori nelle effemeridi - agli errori tipici nella valutazione della posizione della Terra
• ai fenomeni di precessione e nutazione.

....Ma nessuna di queste "forze" riusciva a giustificare un tale effetto: mancavano tre ordini di grandezza. Successivamente si è immaginato che il fenomeno potesse essere dovuto alla riduzione della potenza dei generatori elettrici, al plutonio. Ma questa causa è stata esclusa, poiché se fosse stata così, il fenomeno avrebbe variato nel tempo in base alla riduzione della potenza di queste fonti di energia a bordo. Così siamo giunti alla conclusione che le sonde subivano un'accelerazione diretta verso il Sole di:

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

....Questi valori non sono cambiati, con una sensibilità di 2 10-8 cm/s2 in un intervallo di distanza che va da 40 a 60 unità astronomiche. Abbiamo pensato allora all'effetto di una forza di attrito, a un'azione della viscosità del mezzo circostante, proporzionale alla velocità delle sonde. Ma questo non era credibile in quanto le traiettorie di queste due sonde sono abbastanza diverse da una traiettoria radiale, rispetto al Sole.

...Abbiamo esteso quindi le nostre analisi ad altre due sonde: Galileo e la sonda Ulysses, la cui traiettoria si trova fuori dal piano dell'eclittica. Erano disponibili enormi quantità di dati, relativi alle misure Doppler. È rapidamente emerso impossibile estrarre qualsiasi cosa dai dati relativi alla sonda Galileo, data l'effetto non trascurabile della pressione di radiazione, legata al Sole. Al contrario, l'analisi dei dati relativi a Ulysses ha rivelato un'accelerazione di origine sconosciuta, sempre diretta verso il Sole, pari a:

...- ( 12 ± 3 ) 10-8 cm/s2

...Ritrovando lo stesso fenomeno con questo terzo veicolo, abbiamo pensato che potesse trattarsi di un errore legato al codice utilizzato. Abbiamo quindi cambiato strumento di analisi utilizzando il CHASMP (Compact High Accuracy Motion Program): nessun cambiamento. Siamo stati portati a considerare che gli orologi atomici potessero "derivare nel tempo" o addirittura dare valori diversi in punti diversi della Terra (...).

...In questo caso, è stato ritrovato per Galileo lo stesso fenomeno ( 8 ± 3 ) 10-8 cm/s2 : Ma la vicinanza del Sole faceva sì che in quel momento questo valore fosse praticamente uguale a quello derivante dall'effetto della pressione di radiazione (che poteva però essere totalmente trascurata da Pioneer 10, Pioneer 11 e Ulysses).

...Si è poi pensato a un'interazione sconosciuta tra i fotoni provenienti dalle onde e il vento solare (...). Le discussioni hanno poi riguardato missioni future come "Pluto Express" e "Solar Probe".

..Ci si è chiesti se questo effetto non potesse essere attribuibile alla presenza di materia oscura nel sistema solare, ma questa interpretazione implicava la presenza di una quantità di materia oscura superiore a 3 10-4 masse solari. Ma questo contraddirebbe allora la fedeltà delle precisioni delle effemeridi, basate sulla massa visibile. Si sa che una massa parassita di due ordini di grandezza inferiore sarebbe sufficiente a creare perturbazioni osservabili, anche per oggetti così lontani come Urano. La pista della materia oscura dovette quindi essere abbandonata, così come l'ipotesi di un sciame di "neutrini pesanti".

..Si è allora considerato di modificare il potenziale gravitazionale tenendo conto dell'aggiunta di una forza di Yukawa. La riferimento è:

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

..Il potenziale gravitazionale diventa allora:

l è il raggio d'azione di questa nuova forza. Questo tipo di modello conduce a un'accelerazione costante:

dove a1 è l'accelerazione newtoniana alla distanza r1 = un'unità astronomica. Abbiamo anche considerato altri modelli in cui la legge di Newton è modificata. Tuttavia, questa modifica della legge di Newton dovrebbe avere un'influenza sulle orbite dei pianeti del sistema solare. Per pianeti come Marte, le sonde Viking sono in grado di rilevare variazioni nei parametri orbitali dell'ordine dei metri. Combinando gli effetti che subirebbero contemporaneamente Marte e la Terra, la precisione della misura sarebbe allora di 150 metri. Ora:

The Pioneer effect is not seen.... a large error here would cause inconsistencies withe the overall planetary ephemeris.

Traduzione: "Non si osserva l'effetto Pioneer.... un errore così grande causerebbe incoerenze con le effemeridi planetarie complessive."

...La conseguenza: se questa modifica della legge di Newton avesse un effetto sulle traiettorie di Marte e della Terra (quindi pretenderebbe universalità), le restrizioni imposte dalla precisione delle misure Viking fanno sì che l'effetto debba essere inferiore a 0.1 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 of 100 or more. This would be a strange violation of the Equivalence Principle. *

Traduzione: In conseguenza, se l'accelerazione radiale anomala osservata per le sonde che ruotano su se stesse avesse origine gravitazionale, l'effetto non corrisponderebbe a una nuova legge universale. In effetti, significherebbe che questo effetto risulterebbe più importante per oggetti la cui massa è dell'ordine di una tonnellata che per oggetti così massicci come i pianeti, e ciò a un fattore cento circa.

...Nel passare, notiamo che i dati Viking sono stati analizzati anche con un secondo codice (CHASMP), già menzionato in precedenza.

...La conclusione dell'articolo: la causa dell'effetto rimane per il momento un completo mistero. Certo, si ha voglia di chiedersi se un tale effetto, debole ma comunque perfettamente misurabile, non possa essere dovuto all'effetto repulsivo di un ambiente di materia gemella, la quale tende, a tutte le scale, a infiltrarsi ovunque la materia è assente. Secondo il mio modello, il "vuoto interstellare" conterrebbe (nell'universo adiacente al nostro) una densità di materia gemella ben superiore a quella di una materia diventata molto rarefatta. Uno studio sistematico, una modellazione, delle simulazioni al computer costituirebbero un ottimo argomento di tesi. Purtroppo il povero dottorando che si avventurerebbe in tali acque vedrebbe immediatamente la sua carriera di ricercatore cancellata, definitivamente.

Remy Chauvin è l'autore di una frase che servirà da conclusione:

...Quando si vuole intraprendere qualcosa si ha immediatamente contro di sé:

...........- Le persone che fanno la stessa cosa

...........- Quelli che fanno l'opposto

*...........- Quelli che non fanno nulla. *

Un commento in passaggio : Si potrebbe pensare (dettaglio non menzionato nell'articolo) che questo effetto di accelerazione anomala possa essere collegato a un "effetto della costante cosmologica". Ma, poiché l'effetto osservato agisce in senso di decelerazione, si dovrebbe allora parlare di "potere attrattivo del vuoto". Inoltre, questo effetto dovrebbe crescere con la distanza. Le sonde Pioneer, o almeno una di esse, si trovano a circa 60 unità astronomiche, cioè a 1013 metri dal Sole. Posizionando l'orbita (media) di Plutone a cinque miliardi di chilometri, cioè 5 1012 metri, si vede che queste sonde, la cui più vecchia è stata lanciata nel 1972, si trovano a due volte il diametro del sistema solare. Al contrario, la sonda Ulysses, che scala l'universo fuori dal piano dell'eclittica, arriva solo a trecento milioni di chilometri, cioè un decimo dell'orbita di Urano, o un sesto dell'orbita di Plutone. Ulysses è quindi molto più vicino al Sole. Ora, l'anomalia di accelerazione osservata per Ulysses è di 12 10-8 cm/s2, cioè 1,4 volte più importante delle anomalie rilevate per le sonde Pioneer. Questo sembra escludere a priori la pista "costante cosmologica".

...Cosa dire di un effetto legato a un ambiente di materia gemella repulsiva? In questa ottica, essendo che materia e materia gemella si respingono, dove una domina, l'altra è assente, e viceversa. Nello schema che ho indicato, grossi aggregati di materia gemella si troverebbero al centro dei "grandi vuoti" che costituiscono la struttura su larga scala dell'universo (VLS). La materia si disporrebbe allora vicino a strutture che ricordano "bolle di sapone collegate", gli ammassi di galassie essendo i punti di connessione di tre strati. In queste "lastre": le galassie, immerse in un ambiente di materia gemella calda, strutturata come un tipo di gruyère, le galassie sono annidate nelle lacune. Ma tutto questo resta schematizzato. La materia gemella tende a infiltrarsi ovunque può. Una galassia non è una distribuzione uniforme di materia. Rispetto alle popolazioni stellari, sono piccoli grani di materia che popolano enormi vuoti. In questi vuoti, nuvole di gas interstellare, certo. Ma la materia non è ovunque presente. Dove si trova in forma rarefatta, la materia gemella si infiltra. Si può quindi immaginare che lo spazio interstellare possa contenere materia gemella, a bassa densità. Questa apporta allora una contribuzione al "confinamento" del sistema, ma minima. Il sistema solare, rispetto alla gravità, può essere rappresentato al primo ordine da una massa puntiforme: quella del Sole, pari a 2 1030 chilogrammi. Rispetto a questa massa, i pianeti sono solo piccoli oggetti perturbatori. Di conseguenza, se c'è una distribuzione di materia gemella, questa avrebbe, al primo ordine, una distribuzione con una simmetria quasi sferica. Tra le stelle, lontano dal Sole, questa materia gemella avrebbe una densità r* quasi costante, che diminuirebbe quando ci si avvicina al Sole. È questa lacuna che, avendo un effetto di confinamento, frenerebbe le sonde spaziali. Bisognerebbe valutare questa distribuzione con simulazioni numeriche e vedere allora se questa interpretazione sarebbe compatibile con la precisione delle effemeridi.

Contatore inizializzato il 12 dicembre 2001. Numero di consultazioni :

../sommaire_science.htm