Το μυστήριο της ειβράδυνσής τους εξιχνιάστηκε ύστερα από 30 χρόνια
Τα ιστορικά Pioneer ήταν τα πρώτα σκάφη που έφτασαν και ξεπέρασαν την τροχιά του Δία (Φωτογραφία: NASA )
Ουάσινγκτον
Καθώς πλησίαζαν τον Κρόνο στις αρχές της δεκαετίας του 1980, τα δίδυμα σκάφη Pioneer 10 και 11 άρχισαν να επιβραδύνονται ανεπαίσθητα, αρκετά όμως για να προβληματίσουν τους επιστήμονες της NASA. Θα μπορούσε άραγε αυτή η επιβράδυνση να διαψεύσει τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας που περιγράφει τη βαρύτητα;
Τελικά, ο Άινσταϊν τη γλίτωσε για ακόμα μια φορά: Η ομάδα ενός επίμονου φυσικού της NASA ανακοίνωσε ότι η επιβράδυνση οφειλόταν στη θερμότητα που εξέπεμπαν τα σκάφη.
Η ζέστη από τις θερμοηλεκτρικές γεννήτριες πλουτωνίου που τροφοδοτούσαν τα Pioneer χανόταν στο Διάστημα υπό τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία με τη σειρά της ωθούσε τα σκάφη προς την αντίθετη κατεύθυνση, επιβραδύνοντάς τα.
«Το φαινόμενο μοιάζει με το να οδηγεί κανείς ένα αυτοκίνητο και να επιβραδύνεται από τα φωτόνια που εκπέμπουν οι προβολείς» εξηγεί ο Σλάβα Τουρίσεβ, ρώσος φυσικός που εργάζεται σήμερα στο Εργαστήριο Αεριώθησης (JPL) της NASA στην Καλιφόρνια.
H θεωρία της «πίεσης της ακτινοβολίας», όπως ονομάζεται το φαινόμενο που περιγράφει ο Τουρίσεβ, είχε προταθεί και με προηγούμενες μελέτες, οι οποίες όμως δεν εξέτασαν έναν τόσο μεγάλο όγκο δεδομένων και δεν θεωρήθηκαν απόλυτα πειστικές.
Τα Pioneer και η Σχετικότητα
Τα Pioneer 10 και 11 εκτοξεύτηκαν το 1972 και το 1973 αντίστοιχα με αποστολή να εξερευνήσουν για πρώτη φορά το Ηλιακό Σύστημα πέρα από την τροχιά του Δία.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980 οι υπεύθυνοι της διπλής αποστολής αντιλήφθηκαν ότι τα σκάφη επιβραδύνονταν καθώς πλ ησίαζαν το σύστημα του Κρόνου. Αρχικά, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η επιβράδυνση προκλήθηκε από ίχνη προωθητικού καυσίμου που είχαν μείνει στους σωλήνες μετά την απενεργοποίηση των κινητήρων.
Το μυστήριο όμως επανήλθε το 1998, όταν τα δύο σκάφη βρίσκονταν σε απόσταση 13 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, πολύ πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα. Οι επιστήμονες κατάλαβαν τότε ότι υπήρχε μια πραγματική επιβράδυνση κατά περίπου 0,9 νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο.
Αυτή η μεταβολή της ταχύτητας ήταν βέβαια ανεπαίσθητη, προκάλεσε όμως μεγάλη αναστάτωση μεταξύ των φυσικών. Στο ταξίδι τους προς το εξώτερο Ηλιακό Σύστημα, τα Pioneer επιβραδύνονταν λόγω της βαρυτικής έλξης του Ήλιου. Όλα όμως έδειχναν ότι η επιβράδυνση αυτή ήταν μεγαλύτερη από ό,τι προέβλεπε για τη βαρύτητα η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.
Το φαινόμενο βαφτίστηκε «ανωμαλία των Pioneer» και έκανε τους φυσικούς να αναρωτιούνται αν έπρεπε ξαναγραφτούν οι νόμοι της βαρύτητας;
Στο κυνήγι των δεδομένων
Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ο Δρ Τουρίσεβ και οι συνεργάτες του σκέφτονταν να ζητήσουν από τη NASA να εκτοξεύσει μια νέα αποστολή ειδικά για να διερευνήσει το μυστηριώδες φαινόμενο. Πριν όμως απευθύνουν επίσημο αίτημα, ήθελαν να βεβαιωθούν ότι δεν τους είχε ξεφύγει κάποια απλούστερη εξήγηση για την επιβράδυνση.
Οι ερευνητές δεν μπορούσαν να εξετάσουν νέα δεδομένα από τις αποστολές, αφού το Pioneer 11 σίγησε οριστικά το 1995 και το Pioneer 10 ακολούθησε το 2003.
Ο Τουρίσεβ άρχισε λοιπόν να συλλέγει παλιά δεδομένα από κέντρα της NASA σε διάφορες τοποθεσίες των ΗΠΑ. Βρήκε μάλιστα ένα κουτί γεμάτο μαγνητικές ταινίες κάτω από μια σκάλα του JPL, και κατάφερε να τις διαβάσει σώζοντας ένα μαγνητόφωνο που επρόκειτο να πεταχτεί στα σκουπίδια.
Η ανάλυση των ψηφιοποιημένων δεδομένων τηλεμετρίας και επικοινωνιών επέτρεψε τελικά στον επίμονο Τουρίσεβ να λύσει το μυστήριο των 30 ετών.
Η ομάδα του διαπίστωσε ότι αυτό που συνέβαινε στα Pioneer δεν συνέβαινε σε διαστημικά σκάφη διαφορετικού σχεδιασμού. Για παράδειγμα, η επιβράδυνση ήταν άφαντη στα σκάφη Voyager, στα οποία οι προωθητήρες βρίσκονταν σε διαφορετική θέση.
«Όπως φαίνεται, η καθιερωμένη φυσική δικαιώθηκε» σχολιάζει τώρα ο Τουρίσεβ. «Θα ήταν βέβαια συναρπαστικό να ανακαλύψουμε ένα νέο είδος φυσικής, τουλάχιστον όμως λύσαμε ένα μυστήριο.
Η μελέτη του δημοσιεύτηκε στην έγκριτη επιθεώρηση Physics Review Letters.
Τελικά, ο Άινσταϊν τη γλίτωσε για ακόμα μια φορά: Η ομάδα ενός επίμονου φυσικού της NASA ανακοίνωσε ότι η επιβράδυνση οφειλόταν στη θερμότητα που εξέπεμπαν τα σκάφη.
Η ζέστη από τις θερμοηλεκτρικές γεννήτριες πλουτωνίου που τροφοδοτούσαν τα Pioneer χανόταν στο Διάστημα υπό τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία με τη σειρά της ωθούσε τα σκάφη προς την αντίθετη κατεύθυνση, επιβραδύνοντάς τα.
«Το φαινόμενο μοιάζει με το να οδηγεί κανείς ένα αυτοκίνητο και να επιβραδύνεται από τα φωτόνια που εκπέμπουν οι προβολείς» εξηγεί ο Σλάβα Τουρίσεβ, ρώσος φυσικός που εργάζεται σήμερα στο Εργαστήριο Αεριώθησης (JPL) της NASA στην Καλιφόρνια.
H θεωρία της «πίεσης της ακτινοβολίας», όπως ονομάζεται το φαινόμενο που περιγράφει ο Τουρίσεβ, είχε προταθεί και με προηγούμενες μελέτες, οι οποίες όμως δεν εξέτασαν έναν τόσο μεγάλο όγκο δεδομένων και δεν θεωρήθηκαν απόλυτα πειστικές.
Τα Pioneer και η Σχετικότητα
Τα Pioneer 10 και 11 εκτοξεύτηκαν το 1972 και το 1973 αντίστοιχα με αποστολή να εξερευνήσουν για πρώτη φορά το Ηλιακό Σύστημα πέρα από την τροχιά του Δία.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980 οι υπεύθυνοι της διπλής αποστολής αντιλήφθηκαν ότι τα σκάφη επιβραδύνονταν καθώς πλ ησίαζαν το σύστημα του Κρόνου. Αρχικά, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η επιβράδυνση προκλήθηκε από ίχνη προωθητικού καυσίμου που είχαν μείνει στους σωλήνες μετά την απενεργοποίηση των κινητήρων.
Το μυστήριο όμως επανήλθε το 1998, όταν τα δύο σκάφη βρίσκονταν σε απόσταση 13 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, πολύ πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα. Οι επιστήμονες κατάλαβαν τότε ότι υπήρχε μια πραγματική επιβράδυνση κατά περίπου 0,9 νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο.
Αυτή η μεταβολή της ταχύτητας ήταν βέβαια ανεπαίσθητη, προκάλεσε όμως μεγάλη αναστάτωση μεταξύ των φυσικών. Στο ταξίδι τους προς το εξώτερο Ηλιακό Σύστημα, τα Pioneer επιβραδύνονταν λόγω της βαρυτικής έλξης του Ήλιου. Όλα όμως έδειχναν ότι η επιβράδυνση αυτή ήταν μεγαλύτερη από ό,τι προέβλεπε για τη βαρύτητα η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.
Το φαινόμενο βαφτίστηκε «ανωμαλία των Pioneer» και έκανε τους φυσικούς να αναρωτιούνται αν έπρεπε ξαναγραφτούν οι νόμοι της βαρύτητας;
Στο κυνήγι των δεδομένων
Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ο Δρ Τουρίσεβ και οι συνεργάτες του σκέφτονταν να ζητήσουν από τη NASA να εκτοξεύσει μια νέα αποστολή ειδικά για να διερευνήσει το μυστηριώδες φαινόμενο. Πριν όμως απευθύνουν επίσημο αίτημα, ήθελαν να βεβαιωθούν ότι δεν τους είχε ξεφύγει κάποια απλούστερη εξήγηση για την επιβράδυνση.
Οι ερευνητές δεν μπορούσαν να εξετάσουν νέα δεδομένα από τις αποστολές, αφού το Pioneer 11 σίγησε οριστικά το 1995 και το Pioneer 10 ακολούθησε το 2003.
Ο Τουρίσεβ άρχισε λοιπόν να συλλέγει παλιά δεδομένα από κέντρα της NASA σε διάφορες τοποθεσίες των ΗΠΑ. Βρήκε μάλιστα ένα κουτί γεμάτο μαγνητικές ταινίες κάτω από μια σκάλα του JPL, και κατάφερε να τις διαβάσει σώζοντας ένα μαγνητόφωνο που επρόκειτο να πεταχτεί στα σκουπίδια.
Η ανάλυση των ψηφιοποιημένων δεδομένων τηλεμετρίας και επικοινωνιών επέτρεψε τελικά στον επίμονο Τουρίσεβ να λύσει το μυστήριο των 30 ετών.
Η ομάδα του διαπίστωσε ότι αυτό που συνέβαινε στα Pioneer δεν συνέβαινε σε διαστημικά σκάφη διαφορετικού σχεδιασμού. Για παράδειγμα, η επιβράδυνση ήταν άφαντη στα σκάφη Voyager, στα οποία οι προωθητήρες βρίσκονταν σε διαφορετική θέση.
«Όπως φαίνεται, η καθιερωμένη φυσική δικαιώθηκε» σχολιάζει τώρα ο Τουρίσεβ. «Θα ήταν βέβαια συναρπαστικό να ανακαλύψουμε ένα νέο είδος φυσικής, τουλάχιστον όμως λύσαμε ένα μυστήριο.
Η μελέτη του δημοσιεύτηκε στην έγκριτη επιθεώρηση Physics Review Letters.