Terbang ke luar angkasa tentunya akan membawa banyak misteri yang tidak akan bisa kita pecahkan dalam waktu yang lama. Dan ini tidak mengherankan. Begitu utusan pertama Bumi melewati orbit planet-planet raksasa, ruang angkasa segera memberi kita masalah. Dan untuk mengatasinya, bahkan diusulkan untuk memperbaiki hukum fisika.
Pionir
Program eksplorasi luar angkasa Amerika selalu memiliki nama yang gemilang dan tujuan yang ambisius. Di bawah program Mercury, Amerika melakukan penerbangan berawak pertama mereka dan menciptakan korps astronot pertama. Dalam program Gemini berikutnya, metode pertemuan dan pemasangan di orbit berhasil. Program ketiga penerbangan luar angkasa berawak adalah program Apollo yang terkenal kejam. Tujuannya adalah penerbangan berawak ke bulan. Namun untuk studi ruang antarplanet dan benda langit, program Pioneer diluncurkan.
Sebagai bagian dari misinya, Amerika Serikat mengirim beberapa penyelidikan penelitian ke luar angkasa antara tahun 1958 dan 1978. Pesawat luar angkasa terbang ke Matahari, Venus, dan Bulan, menyelidiki komet yang mendekati kita. "Pioneer-3" menemukan sabuk radiasi kedua di Bumi, dan "Pioneer-7" berpartisipasi dalam studi komet Halley. Saat ini, dua pesawat luar angkasa dari program tersebut terkenal. Ini adalah probe Pioneer-10 (diluncurkan pada Maret 1972) dan Pioneer-11 (April 1973), salah satu yang terakhir diluncurkan.
Probe "Pioneer-10" dalam proses perakitan
wikipedia.org
Video promosi:
Kemudian NASA meluncurkan program penelitian lainnya. Dengan probe baru yang lebih canggih. Pada tahun 1977, sudah dalam kerangka program Voyager, Voyager 1 dan Voyager 2 dikirim ke planet-planet yang jauh di tata surya. Dan pada tahun 2003, program New Frontiers diluncurkan, di mana New Horizons, Juno dan OSIRIS-REx pergi ke luar angkasa. Tetapi pada tahun 50-an, ketika program baru saja dimulai, perangkatnya di Amerika Serikat dianggap sebagai pelopor luar angkasa, dan oleh karena itu mereka disebut "Pionir". Pioneer 10 dan Pioneer 11 adalah pesawat ruang angkasa pertama yang terbang melalui Sabuk Asteroid Utama dan yang pertama mempelajari Jupiter dari jarak dekat.
The Pioneers bisa jadi yang pertama melampaui tata surya, tetapi pada 1998 Voyager 1 yang lebih cepat menyalip Pioneer 10, yang mengenakan seragam kuning sebagai pemimpin dalam tur tata surya ini.
Anomali
Untuk pertama kalinya sebuah anomali dalam jalur penerbangan probe ditemukan pada 1980-an. Saat ini, probe telah menyelesaikan misi utama mereka. Pioneer 10 terbang mendekati Jupiter pada bulan Desember 1973, menentukan massanya dan mengukur medan magnetnya. Pioneer 11 mendekati planet ini tepat satu tahun kemudian: pada bulan Desember 1974. Setelah mengambil gambar detail, dia pergi ke Saturnus. Pada 1979, perangkat itu mengirimkan gambar planet dan satelitnya Titan ke Bumi.
Misi utama berakhir, tetapi diputuskan untuk menggunakan data dari pemantauan jalur penerbangan pesawat ruang angkasa Pioneer-10 untuk mencari, seperti yang masih diasumsikan, planet kesepuluh tata surya. Dan sekarang yang kesembilan (setelah penurunan pangkat di Pluto). Jika ada penyimpangan dalam lintasan, maka, seperti yang diyakini para ilmuwan, ini akan menjadi konsekuensi dari gravitasi planet yang belum ditemukan. Penyimpangan ditemukan, tetapi penyebab anomali ini sama sekali bukan planet di tepi tata surya. Tapi, yang paling menarik, anomali itu kemudian ditemukan di probe kembar.
Ilustrasi keluarnya "Pionir" dan "Penjelajah" di luar tata surya
wikipedia.org
Saat ini, kendaraan terbang ke berbagai arah. Pioneer 10 sedang bergerak menuju tepi Bima Sakti, ke arah konstelasi Taurus. Kembarannya, di sisi lain, menuju pusat Galaksi, menuju konstelasi Perisai. Harus dipahami bahwa kedua probe sekarang dalam penerbangan bebas. Hanya percepatan yang diperoleh sebelumnya dan gaya eksternal yang mempengaruhi penerbangan pesawat ruang angkasa. Gaya gravitasi dan non-gravitasi.
Di antara yang non-gravitasi, misalnya, tekanan radiasi matahari menyebabkan percepatan langsung dari Matahari. Dan gravitasi Matahari, sebaliknya, menarik kendaraan ke arah bintang, menyebabkan percepatan yang diarahkan ke Matahari, yaitu memperlambat mereka. Semua kekuatan yang dapat mempengaruhi penerbangan pesawat ruang angkasa dihitung dan diperhitungkan. Kecuali satu. Satu kekuatan yang tidak diketahui dan tidak dapat dipahami menarik probe kembali. Dialah yang menjadi alasan teka-teki "Pionir". Kekuatannya dapat diabaikan, tetapi itu ada. Perhitungan terakhir, yang diperoleh pada tahun 2002, menunjukkan bahwa besarnya percepatan negatif yang tidak dapat dijelaskan adalah (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Ini dapat diabaikan, tetapi telah menyebabkan penyimpangan kendaraan sekitar 400 ribu kilometer dari lintasan yang dihitung. Tampaknya probe telah terbang miliaran kilometer. Pada saat terputusnya komunikasi dengan "Pioneer-10" (23 Januari 2003), jaraknya lebih dari 12 miliar kilometer dari kami. Ini adalah 82 unit astronomi, yaitu 82 jarak dari Bumi ke Matahari. Komunikasi dengan "Pioneer-11" terputus pada 30 September 1995, perangkat itu sudah berada pada jarak 6,5 miliar kilometer dari Matahari, atau 43 AU. e.
Dan berapa ratus ribu ini dibandingkan dengan miliaran kilometer? Tetapi bagi sains, nilai-nilai yang tidak signifikan ini bisa menjadi sangat penting. Penyimpangan dari norma, dari pemahaman biasa tentang sesuatu, yaitu anomali dapat menunjukkan adanya sesuatu yang signifikan, tetapi masih belum ditemukan. Apalagi dalam astrofisika.
Anomali dalam pergerakan Uranus menyebabkan ditemukannya planet baru - Neptunus. Anomali gerak Merkurius yang ditemukan pada tahun 1859 hanya dijelaskan oleh teori relativitas umum Albert Einstein, yang ia kembangkan pada tahun 1915. Solusi untuk anomali "Pionir" dapat menjungkirbalikkan fisika modern atau, sebaliknya, sangat sepele. Inilah mengapa hal itu menghantui banyak ilmuwan.
Mungkin timbul pertanyaan: bagaimana para ilmuwan menghitung kecepatan dan, karenanya, akselerasi kendaraan? Probe sudah lama tidak tersedia untuk observasi. Baik Hubble maupun teleskop lain tidak akan dapat melihat probe terbang menjauh dari kita. Kontrol kecepatan probe dilakukan dengan mengukur pergeseran frekuensi Doppler dari sinyal radio, yang dikirim ke arah probe dan diterima kembali darinya. Ini didasarkan pada efek Doppler yang sama yang digunakan untuk menentukan kecepatan kendaraan. Efeknya memanifestasikan dirinya dalam bentuk apa yang disebut pergeseran ungu, pergeseran sinyal radio ke wilayah spektrum gelombang pendek, yang berarti bahwa probe mulai melambat.
Tetapi jika kita berbicara tentang efek yang dapat mempengaruhi pergerakan dua probe, apakah itu juga dapat mempengaruhi yang lain? Kami telah mengatakan bahwa ada orang lain setelah program Pioneer. Tapi Pioneers sedang terbang tanpa koreksi jalur tambahan untuk waktu yang lama. Namun jalur penerbangan dan orientasi probe lain masih dikoreksi oleh pendorong. Oleh karena itu, pengukuran efek yang akurat, jika ada, tidak dapat dilakukan.
Kemungkinan penyebab anomali
Selama bertahun-tahun yang telah dicurahkan untuk menemukan solusi atas teka-teki ini, banyak asumsi telah dikemukakan. Dan yang pertama adalah kesalahan dalam observasi dan interpretasi terhadap data yang diperoleh. Tapi dia segera ditinggalkan. Anomali tersebut dikaitkan dengan berbagai alasan. Pengereman pada media antarplanet (debu, awan gas, dll.). Tarikan gravitasi objek sabuk Kuiper. Gas bocor, seperti helium, digunakan sebagai fluida kerja pada generator radioisotop. Alasannya juga dicari dalam gaya elektromagnetik yang disebabkan oleh akumulasi muatan listrik probe. Dan, tentu saja, itu dikaitkan dengan pengaruh materi gelap atau energi gelap. Bukan tanpa saran untuk mengoreksi fisika yang ada. Asumsi sebelumnya memberikan penjelasan non-gravitasi untuk efeknya. Pada tahun 1983, fisikawan Israel Mordechai Milgrom mengusulkan apa yang disebut teori dinamika Newtonian termodifikasi (MOND). Dia adalah contoh teori gravitasi alternatif. Menurut MOND, ketika kita berurusan dengan benda yang bergerak dengan percepatan yang sangat rendah, mekanika Newton perlu dikoreksi.
Namun, alasan percepatan anomali dari "Pionir" tampaknya telah ditemukan. Tapi pertama-tama, mari kita bahas sedikit tentang desain perangkat. Probe tersebut dilengkapi dengan instrumen ilmiah dan antena parabola dengan diameter 2,75 meter untuk komunikasi dengan Bumi. Semua peralatan ini membutuhkan catu daya. Lihatlah konstruksi Pionir. Apakah Anda melihat panel surya yang akrab dengan satelit di dalamnya? Tidak. Untuk pesawat ruang angkasa yang menjelajahi planet-planet jauh tata surya, tidak ada gunanya panel surya. Saat Anda bergerak lebih dalam ke luar angkasa, intensitas radiasi matahari berkurang. Energi matahari tidak lagi mencukupi untuk pengoperasian sel surya.
Diagram dari peralatan "Pioneer-10"
wikipedia.org
Tidak seperti probe yang terbang ke planet bagian dalam sistem kita, generator termoelektrik radioisotop yang menggunakan plutonium-238 dipasang di pesawat untuk penerbangan ke Jupiter, Saturnus, dan planet jauh lainnya. Ini bukan reaktor nuklir. Mereka bekerja dengan cara yang berbeda. Generator radioisotop menggunakan energi panas, yang dilepaskan selama peluruhan alami isotop radioaktif dan, dengan menggunakan generator termoelektrik, mengubahnya menjadi listrik. Plutonium-238 hanyalah isotop radioaktif, yang peluruhannya memberi daya pada peralatan di pesawat probe. Setiap probe memiliki empat generator, yang dipasang pada dua batang cadik berukuran tiga meter, jauh dari instrumen ilmiah peralatan.
Sebuah tim peneliti dibentuk di Jet Propulsion Laboratory dari US National Aerospace Agency untuk mempelajari anomali Pioneers. Itu diketuai oleh rekan kami, lulusan Departemen Fisika Universitas Negeri Moskow Vyacheslav Turyshev. Para peneliti mampu membangun model matematika yang menjelaskan percepatan anomali dari "Pionir" setidaknya 70%. Menurut pendapat mereka, intinya ada di fluks panas yang berasal dari probe ke arah yang berbeda. Dan sumber utama panas adalah generator radioisotop, yang menyuplai energi ke peralatan onboard. Panas dihasilkan dari pengoperasian instrumen. Saat instrumen dimatikan, semakin banyak energi yang dihabiskan untuk memanaskan probe. Panas dipancarkan ke luar angkasa. Itu adalah kekuatan rekoil radiasi termal yang diremehkan saat menghitung perkiraan jalur penerbangan. Namun, tekanan radiasi panas tidak merata. Dalam penerbangan, probe distabilkan dengan berputar di sekitar sumbu longitudinal. Panas yang diradiasikan tegak lurus terhadap sumbu longitudinal dihamburkan ke segala arah secara seragam dan tidak mempengaruhi pergerakan probe. Tapi ada juga radiasi di sepanjang sumbu. Dan itu memancar secara tidak merata. Perhitungan telah menunjukkan bahwa fluks panas yang dipancarkan ke arah pergerakan kendaraan memberikan keuntungan yang lebih besar daripada fluks panas yang bergerak ke arah berlawanan, yaitu, melampauinya dan menyebabkan efek pengereman.artinya, ia menguasainya dan menyebabkan efek penghambatan.artinya, ia menguasainya dan menyebabkan efek penghambatan.
Tampak belakang antena pemancar
nasa.org
Tapi apa alasan 30% sisanya? Mungkin fisikawan dari Institut Plasma dan Fusi Nuklir Portugis berhasil menemukan penjelasannya. Mereka mengikuti jalan yang sama dengan kelompok Turyshev. Tetapi kami lebih memperhatikan antena pemancar dari probe, yang kami ingat, memiliki diameter hampir tiga meter. Setelah membuat kalkulasi baru berdasarkan model matematis probe, mereka sampai pada kesimpulan bahwa radiasi termal yang dipantulkan dari sisi belakang antena memberikan impuls yang hilang sama.
Nah, misteri yang menghantui para ilmuwan itu rupanya terpecahkan. Umat manusia terus menjelajahi ruang angkasa. Untuk teka-teki baru dan pencarian menarik untuk solusi mereka.
naturalphilosophy.org
Sergey Sobol
