Anomalia física da propulsão das sondas Pioneer

Em 5 de outubro de 1998, a revista Physical Review Letters publicou, em seu número 81, um artigo intitulado:

**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 e Slava G. Tuyshev

.....Referência: números PACS: 04.80.-y, 95, Eg, 95.55.Pe

.....A seguir, o resumo, primeiro em inglês, depois sua tradução para o francês:

Dados de rádio métricos das sondas Pioneer 10/11, Galileo e Ulysses indicam uma aceleração aparente anômala, constante, atuando sobre as sondas com magnitude 8,5 x 10

cm/s

, direcionada para o Sol. Dois códigos independentes e estratégias físicas foram usados para analisar os dados. Várias causas potenciais foram descartadas. Discutimos testes cinemáticos futuros e possíveis origens do sinal.

Sinais de rádio emitidos pelas sondas Pioneer 10, Pioneer 11 e pela sonda Ulysses indicam uma aceleração anômala, direcionada para o Sol, cuja ordem de grandeza é de 8,5 x 10

cm/s

. Dois programas de cálculo independentes foram utilizados para analisar os dados recebidos. Algumas causas potenciais puderam ser eliminadas. Futuros testes cinemáticos são discutidos e questiona-se a origem desse fenômeno.

Pioneer X

.....Segue um resumo do artigo com alguns extratos.

....A exploração dos planetas distantes começou em 72 com o lançamento de Pioneer 10, seguido por Pioneer 11 em 73. Após sofrer o efeito de estilingue ao cruzar Júpiter e Saturno, as duas sondas tomaram trajetórias hiperbólicas, deixando assim o sistema solar. Embora Pioneer 10 ainda envie sinais, a NASA encerrou oficialmente esta missão em 31 de março de 1997, quando a sonda estava a uma distância de 67 unidades astronômicas do Sol. O sistema de rádio da Pioneer 11, por sua vez, foi desativado em 1º de outubro de 1990, quando esta segunda sonda estava a 30 unidades astronômicas do Sol. No entanto, devido à sua excelente estabilização por rotação, estas sondas são excelentes aparelhos para estudos dinâmicos. Medidas de aceleração (na verdade, de desaceleração) podem ser realizadas, escalonando as medidas a cada cinco dias, levando a uma precisão de avaliação de ~ 10-10 cm/s2. Assim, analisamos as trajetórias desses dois veículos no JPL (Jet Propulsion Laboratory, no departamento DSN (Deep Space Network). Nesse tipo de análise, evidentemente, levamos em conta as perturbações devidas aos planetas, à pressão de radiação, ao efeito do meio interestelar, aos efeitos da Relatividade Geral. Em resumo, todas as precauções foram tomadas para obter um resultado de análise que elimine todas as causas conhecidas de variações em relação a uma simples trajetória kepleriana. A partir de 1980, quando o efeito da pressão de radiação (que decresce com r-2) pôde ser negligenciado, o qual, a 20 unidades astronômicas de distância, causava uma aceleração inferior a 5 x 10-8 cm/s2, as análises revelaram uma componente de desaceleração anômala, uma "aceleração direcionada para o Sol" (para usar a expressão utilizada no artigo), cujo valor típico era: (8 ± 3) 10-8 cm/s2. Consideramos então que esse efeito poderia ser devido a:

• ao campo gravitacional da faixa de Kuiper
• ao campo gravitacional da galáxia
• a erros nas efemérides - a erros típicos na avaliação da posição da Terra
• a fenômenos de precessão e nutação.

....Mas nenhuma dessas "forças" conseguia justificar tal efeito: faltavam três ordens de grandeza. Imaginamos então que o fenômeno pudesse ser devido à diminuição da potência dos geradores de eletricidade, ao plutônio. Mas essa causa foi descartada, pois, se fosse o caso, o fenômeno variaria no tempo em função da diminuição da potência dessas fontes de eletricidade a bordo. Assim, concluímos que as sondas sofriam uma aceleração dirigida para o Sol de:

....- ( 8,09 ± 0,20 ) 10-8 cm/s2 para Pioneer 10 ....- ( 8,56 ± 0,15 ) 10-8 cm/s2 para Pioneer 11

....Esses valores não se modificaram, com uma sensibilidade de 2 10-8 cm/s2 em uma faixa de distância que vai de 40 a 60 unidades astronômicas. Pensamos então em um efeito de força de arrasto, de uma ação da viscosidade do meio ambiente, proporcional à velocidade das sondas. Mas isso não era muito crível, já que as trajetórias dessas duas sondas são bastante diferentes de uma trajetória radial, em relação ao Sol.

...Estendemos então nossas análises a outras duas sondas: Galileo e a sonda Ulysses, cuja trajetória está fora do plano da eclíptica. Havia enormes quantidades de dados disponíveis, relacionados às medidas pelo efeito Doppler. Rapidamente se percebeu que era impossível extrair qualquer coisa dos dados relacionados à sonda Galileo, devido ao efeito não desprezível da pressão de radiação, ligado ao Sol. Por outro lado, a análise dos dados referentes a Ulysses revelou uma aceleração de origem desconhecida, sempre direcionada para o Sol, valendo:

...- ( 12 ± 3 ) 10-8 cm/s2

...Reencontrando o mesmo fenômeno com esse terceiro veículo, pensamos então que poderia haver um erro relacionado ao código utilizado. Mudamos então de ferramenta de análise, utilizando o CHASMP (Compact High Accuracy Motion Program): nenhum mudança. Fomos levados a considerar que os relógios atômicos poderiam "derivar no tempo" ou até mesmo dar valores diferentes em diferentes pontos da Terra (...).

...Isso posto, encontramos novamente para Galileo o mesmo fenômeno ( 8 ± 3 ) 10-8 cm/s2 : Mas a proximidade do Sol fazia com que esse valor fosse praticamente igual ao decorrente do efeito da pressão de radiação (que poderia, no entanto, ser totalmente negligenciada por Pioneer 10, Pioneer 11 e Ulysses).

...Pensou-se então em alguma interação desconhecida entre os fótons provenientes das ondas e o vento solar (...). As discussões passaram então para futuras missões como "Pluto Express" e "Solar Probe".

..Nos perguntamos se esse efeito não poderia ser atribuído à presença de matéria escura no sistema solar, mas essa interpretação implicaria a presença de uma quantidade de matéria escura superior a 3 10-4 massas solares. Isso contrariaria, no entanto, a confiabilidade das precisões das efemérides, baseadas na massa visível. Uma massa parasita de duas ordens de grandeza menor seria suficiente para criar perturbações observáveis, incluindo para objetos tão distantes quanto Urano. A pista da matéria escura teve que ser abandonada, assim como a hipótese de um enxame de "neutrinos massivos".

..Considerou-se então modificar o potencial gravitacional levando em conta a adição de uma força de Yukawa. A referência é:

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

..O potencial gravitacional torna-se então:

l é o raio de ação dessa nova força. Esse tipo de modelo leva a uma aceleração constante:

onde a1 é a aceleração newtoniana à distância r1 = uma unidade astronômica. Também consideramos outros modelos onde a lei de Newton é modificada. Isso posto, essa modificação da lei de Newton deveria então ter influência sobre as órbitas dos planetas do sistema solar. Para planetas como Marte, as sondas do tipo Viking são capazes de detectar variações nos parâmetros orbitais da ordem de centenas de metros. Combinando os efeitos que Marte e a Terra sofreriam, a precisão da medida seria então de 150 metros. Porém:

O efeito Pioneer não é observado.... um grande erro causaria inconsistências com as efemérides planetárias em geral.

Tradução: "O efeito Pioneer não é encontrado.... um erro tão grande seria incompatível com os dados das efemérides".

...Consequência: se essa modificação da lei de Newton tivesse efeito sobre as trajetórias de Marte e da Terra (portanto, pretendia universalidade), as restrições impostas pela precisão das medidas Viking fazem com que o efeito deva ser inferior a 0,1 10-8 cm/s2 .

..*.**Consequentemente, se a aceleração radial anômala atuando sobre as sondas girantes tiver origem gravitacional, ela não é universal. Ou seja, ela deve afetar corpos na faixa de 1000 kg mais do que corpos de tamanho planetário por um fator de 100 ou mais. Isso seria uma estranha violação do Princípio da Equivalência. *

Tradução: Consequentemente, se a aceleração radial anômala observada para as sondas girando tiver origem gravitacional, o efeito não corresponderia a uma nova lei universal. Isso significaria que esse efeito seria mais importante para objetos cuja massa é da ordem de uma tonelada do que para objetos tão massivos quanto planetas, por um fator de cerca de 100.

...En passant, notamos que os dados Viking também foram analisados com um segundo código (CHASMP), já mencionado acima.

...A conclusão do artigo: a causa do efeito permanece, por enquanto, um mistério completo. Claro, então queremos nos perguntar se um tal efeito, fraco, mas perfeitamente mensurável, não poderia ser devido ao efeito repulsivo de um ambiente de matéria gêmea, que tende, em todas as escalas, a se infiltrar onde a matéria está ausente. Segundo meu modelo, o "vazio interestelar" conteria (no universo adjacente ao nosso) uma densidade de matéria gêmea muito maior do que a densidade de uma matéria tornada muito rarefeita. Um estudo sistemático, uma modelagem, simulações em computador constituíram um excelente tema de tese. Infelizmente, o pobre estudante que ousasse se aventurar nesses terrenos veria sua carreira de pesquisador imediatamente eliminada, definitivamente.

Remy Chauvin é o autor de uma frase que servirá de conclusão:

...Quando se quer empreender algo, imediatamente se tem contra si:

...........- As pessoas que fazem a mesma coisa

...........- As que fazem o oposto

*...........- As que não fazem nada. *

Uma observação de passagem : Poderia-se pensar (detalhe que não foi citado no artigo) que esse efeito de aceleração anormal possa estar relacionado a um "efeito da constante cosmológica". Mas, como o efeito observado atua no sentido de uma desaceleração, deveríamos então falar de "poder atrativo do vácuo". Além disso, esse efeito deveria crescer com a distância. As sondas Pioneer, ou pelo menos uma delas, estão a algumas 60 unidades astronômicas, ou seja, a 1013 metros do Sol. Localizando a órbita (média) de Plutão a cinco bilhões de km, ou seja, 5 1012 metros, vemos que essas sondas, cuja mais velha foi lançada em 72, estão a duas vezes o diâmetro do sistema solar. Por outro lado, a sonda Ulysses, que escala o cosmos fora do plano da eclíptica, sobe apenas a 300 milhões de km, ou seja, um décimo da órbita de Urano, ou um sexto da órbita de Plutão. Ulysses está, portanto, muito mais perto do Sol. Porém, a anomalia de aceleração constatada para Ulysses é de 12 10-8 cm/s2, ou seja, 1,4 vezes maior que as anomalias registradas para as sondas Pioneer. Isso parece excluir a pista "constante cosmológica" de forma prévia.

...E quanto a um efeito relacionado a um ambiente de matéria gêmea repulsiva? Nesse contexto, dada a repulsão entre matéria e matéria gêmea, onde uma domina, a outra está ausente, e vice-versa. No esquema que indiquei, grandes conglomerados de matéria gêmea estariam no centro dos "grandes vazios" que constituem a estrutura em grande escala do universo (VLS). A matéria se organizaria então ao redor de estruturas que lembram "bolhas de sabão unidas", os aglomerados de galáxias sendo os pontos de junção de três camadas. Nesses "placas": as galáxias, banhadas em um ambiente de matéria gêmea quente, estruturada como um tipo de queijo suíço, as galáxias estariam alojadas nas lacunas. Mas tudo isso permanece esquemático. A matéria gêmea tende a se infiltrar onde puder. Uma galáxia não é uma distribuição uniforme de matéria. Em relação às populações estelares, são pequenos grãos de matéria povoando imensos vazios. Nesses vazios, há nuvens de gás interestelar, certamente. Mas a matéria não está omnipresente. Onde ela está em estado rarefeito, a matéria gêmea se infiltra. Pode-se imaginar que o espaço interestelar possa conter matéria gêmea, com baixa densidade. Essa matéria então contribui para o "confinamento" do sistema, mas de forma mínima. O sistema solar, em relação à gravitação, pode ser representado, no primeiro nível, por uma massa pontual: a do Sol, ou seja, 2 1030 quilos. Em relação a essa massa, os planetas são apenas pequenos objetos perturbadores. Consequentemente, se houver distribuição de matéria gêmea, essa teria, no primeiro nível, uma distribuição com simetria quase esférica. Entre as estrelas, longe do Sol, essa matéria gêmea teria uma densidade r* quase constante, que cairia quando se aproximasse do Sol. É essa lacuna que, tendo um efeito de confinamento, frearia as sondas espaciais. Seria necessário avaliar essa distribuição com simulações numéricas e ver então se tal interpretação seria compatível com a precisão das efemérides.

Contador inicializado em 12 de dezembro de 2001. Número de consultas :

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