Астрофизикам, кажется, удалось объяснить одно из самых странных явлений в Солнечной системе – так называемую аномалию «Пионеров», поставившую несколько лет назад под сомнение незыблемость общепринятых физических законов. Но объяснить аномалии в поведении Луны и восьми космических аппаратов, удаляющихся от Земли, они пока не смогли.
В окрестностях Земли крутятся несколько на первый взгляд простых парадоксов, объяснить которые не способны даже маститые учёные. Впрочем, 2011 год войдёт в историю науки как год, в который было покончено, пожалуй, с самой загадочной космической чертовщиной, которая волновала физиков последние тридцать лет.
В 1972 и 1973 годах с Земли стартовали два космических аппарата NASA – «Пионер-10» и «Пионер-11». Созданные Исследовательским центром имени Эймса (NASA) корабли впервые в истории человечества отправились к газовым планетам-гигантам Юпитеру и Сатурну. Все годы, пока аппараты передавали сигналы на Землю, специалисты могли точно знать об их местоположении, а по доплеровскому сдвигу радиосигналов – о текущей скорости космических кораблей. Для этого «Пионеров» раскрутили вокруг продольной оси так, чтобы параболическая антенна всегда смотрела в сторону Земли.
Аномальное торможение
В 1980 году учёные заметили странную особенность: данные телеметрии указывали на то, что оба аппарата летели медленнее, чем должны были, исходя из влияния на них Солнца и всех планет Солнечной системы. Поправка оказалась незначительной, и о странном феномене серьёзно никто не вспоминал до 1994 года. Тогда выяснилось, что с годами аномалия не исчезла, и ею занялись серьёзно. Учёные поняли, что на зонды действует постоянная, направленная к Солнцу тормозящая сила, придающая аппаратам крохотное ускорение – порядка 8.74×10−10 метров в секунду за секунду.
Это ничтожная для земного обывателя величина. Но она всё время заставляла аппараты отставать от расчётного положения. Сегодня, спустя почти 40 лет после запуска, корабли отстали примерно на 27 000 километров. Когда оказалось, что ни электростатические, ни гравитационные силы не могут придавать аппаратам странное ускорение, учёные засуетились. Ещё бы: им предстояло спасать законы ньютоновской механики, которые до последнего времени позволяли с большой точностью предсказывать и движение планет, и поведение космических аппаратов. В противном случае аномалия «Пионеров» выявляла несостоятельность существующих теорий и требовала введение новой физики.
Особый интерес к проблеме был вызван и тем, что аномалия наблюдается лишь у двух дентичных аппаратов, пассивно летящих от центра Солнечной системы по иберболической траектории, и ни у каких других более.
Чтобы объяснить феномен, теоретики выдвинули множество экзотических версий – вплоть до абсурдных и конспирологических. Кто-то предполагал, что на зондах происходит утечка газа, создающая реактивную тягу. Проверялась версия о систематической ошибке измерения скорости, которая могла возникать на Земле, и вязком трении, которое аппараты испытывали при движении в межзвёздной среде. Высказывались предположения, что движение «Пионеров» доказывает правоту так называемой модифицированной ньютоновской динамики (MOND), предполагающей отступление от классических ньютоновских законов при исчезающих малых ускорениях. Кроме того, торможение пытались объяснить космологическими эффектами, связанными с возможным вращением всей Вселенной.
Вначале работа над развенчанием аномалии велась учёными на добровольных началах. Позднее в Лаборатории реактивного движения NASA появилась группа релятивистской астрофизики, которая вплотную занялась проблемой. Последние несколько лет учёные вплотную уцепились за версию того, что «Пионеров» тормозит тепловое излучение от находящихся на их борту так называемых РИТЕГов (радиоизотопных термоэлектрических генераторов), которые служат для выработки тока.
Инфракрасные фотоны, покидающие любое нагретое тело, уносят с собой некий импульс. И такой же импульс сообщают в обратную сторону самому телу. Полгода назад группа португальских ученых объявила, что их подсчёт геометрического распределения вылетающих из РИТЕГов фотонов вполне соответствует создаваемому ускорению.
Главную роль, по их мнению, играет параболическая антенна, от выпуклой поверхности которой отталкиваются тепловые фотоны и толкают аппарат к Солнцу. Однако позднее стало ясно, что этот расчёт не учитывает многих деталей и использует неверные данные, и работу португальцев сбросили со счетов.
Анализ тридцатилетних наблюдений показал, что ускорение аппаратов в действительности не было постоянным, а слабо уменьшалось на мизерную величину 2×10-11 м/с2 в год. Оказалось, что кривая ускорения вполне описывается экспонентой, а именно по такому закону спадает активность радиоактивных элементов, в данном случае плутония. Однако период «полуторможения» «Пионеров» не совпадал с периодом полураспада плутония-238 (87 лет).
Дело в том, что для выработки электроэнергии в РИТЕГах используются термопары, которые со временем деградируют и, грубо говоря, имеют собственный период полураспада. Примерно 5–6% тепловой энергии, вырабатываемой РИТЕГами, превращается термопарами в электроэнергию, поступающую в инструментальный отсек.
Там эта энергия снова выделяется в виде тепла, для отвода которого на задней стороне «Пионеров» предусмотрены специальные биметаллические лепестки. Было рассчитано, что удары фотонов об антенну могут дать не более 10% всей тепловой отдачи, а основная тяга создаётся из-за рассеивания тепла именно в приборном отсеке. Анализ телеметрии показал, что благодаря распаду плутония и деградации термопаротрицательное ускорение ≪Пионеров≫ уменьшается в два раза каждые 27 лет. На сегодня можно объяснить порядка 80% аномалии. Проблему можно считать закрытой, только если в будущем другие корабли с уже другой конфигурацией не поднимут её снова.
По материалам журнала «Детали мира»