Billedkredit: NASA
I økologi er en pioner en "art, der etablerer sig i et tidligere karrig miljø". Blandt mennesker "pionerer" på ukendt eller uopkrævet område ". Blandt astrofiler var Pioneer vores første forsøg på at undersøge solsystemet. Men det ser ud til, at NASAs dobbeltpionererindsats nu har gjort mindre fremskridt mod stjernerne end forventet, og spørgsmålet er "Hvorfor?".
Når NASA designer en mission, antages antagelser om håndværkets driftsmiljø. Oprindeligt havde NASA nogle dybe bekymringer med hensyn til at sende de to Pioneer-sonder gennem asteroidebæltet - når alt kommer til alt kunne alle de store sammenføjes af en masse små!
I mellemtiden skal NASA planlægge en flyvevej for at tage fartøjet, hvor det skal. Baseret på rute, mission nyttelast og andre krav, skal der stilles tilstrækkelig kraft til at give den nødvendige løft. Den store faktor, der påvirker trykket, er tyngdekraften - jo mere du har, jo mere tryk har du brug for.
En af de geniale ting ved Pioneer 10 og 11 var NASAs valg af at udstyre parret med tovejskommunikation følsom over for doppler-skift. Baseret på frekvensskift kunne NASA bestemme fartøjets hastighed i forhold til modtagestationer på Jorden. Ved hjælp af disse data kunne NASA justere thrustere til at finjustere sondebanerne mod deres mål. (Begge fartøjer fløj af Jupiter, mens Pioneer 11 passerede nær Saturn.)
Så længe sonderne havde brændstof, kunne missionskontrollører justere hastigheder og bane. Men når brændstoffet først var ude af brændstof, kunne parret kun gøre fremskridt baseret på inerti og slyngelængde, som en gasgigant leverede.
Det var under inertial flyvning, at anomalier begyndte at dukke op i bevægelserne fra de to fartøjer. Doppler-skift viste en uventet deceleration lige uden for Uranus bane. På nogle 20 jord-solafstande (astronomiske enheder - AU'er) begyndte NASA at se et "blåt skift" i sondeoverførsler. Parret fortsatte med at "synge blues", mens de overgik Neptuns bane 10 AU senere. I dag er sonderne mindre end deres forventede placeringer i en afstand, der er større end Jorden til Månen ...
Der findes spekulationer om årsagen til det blå skift. Pioneer 10 & 11 selv er længe blevet udelukket som kilde. De fleste tanker citerer en uventet stigning i tyngdekraften mod solen. Når transmitterer signaler tilbage til Jorden, "falder håndværkets elektromagnetiske stråler" længere ind i solsystemets tyngdekraftbrønd, og den brønd er på en eller anden måde "stejlere" end en gang troet. I dag er parret ikke så langt med i deres udgående rejse som forventet.
Spørgsmålet er: "Hvad er kilden til den uventede stigning i tyngdekraften, der påvirker sonderne?". Et svar ligger i ”mørk materie”. Mærkeligt nok ligger en anden i ”mørk energi” - den modsatte kraft til tyngdekraften i universet. En tredje er inden for domænet af "strengteori" (to lokale "branes" - svarende til lokale n-dimensionelle "tektoniske plader" - kan krydses i vores system). En teori vedrører "baggrundsgravitations-træk" (fra den modsatte side af solsystemet overfor hver sonde). Der er også muligheden for, at parret har "Solar Quadrupolar Moments" eller bliver bremset af uventet materiale i Kuiper Belt uden for Uranus.
Men når det kommer til at sortere gerningsmændene, kan vi normalt tage inspektør Louies råd fra filmen Casablanca: "Rund op de sædvanlige mistænkte."
Begge sonder er nu mere end 70 AU'er væk fra solen - men stadig inden for solsystemets Kuiper Belt. Deres retardationsmønster antyder, at kilden til afvigelsen er udbredt og konstant. I et dokument fra 15. marts 2005 med titlen ”Pioneer anomaly: Gravitational pull due to Kuiper belt”. Jose A. Diego og andre efterforskere fra Institutet for Astronomi fra det nationale autonome universitet i Mexico skriver: “... der er ikke behov for at påberåbe sig alle universets mørke kræfter i starten, prøv først at forklare dette fænomen med lokale, hverdagslige fysik, og hvis dette ikke er nok, så brug tunge maskiner. ”
Og den fysiske fysik i hverdagen? Hvorfor Kuiper Belt selvfølgelig! Men ikke nøjagtigt den samme gamle Kuiper Belt. For Jose et al begynder Kuiper Belt nu nogle 10AU tættere på Solen - lige uden for Uranus bane - og har en tykkelse på 1 AU. Holdets Kuiper Belt har fået masse til næsten det dobbelte af Jordens - lidt mindre end ti gange oprindeligt foreslået. Derudover er massen partisk mod Uranus bane. Stigningen i masse stammer fra det faktum, at de originale skøn i den samlede Kuiper Belt-masse var baseret på små partikelstørrelser. Ved at inkludere is af større størrelse - sammen med gasser i dens sammensætning, mener gruppen, at der kan redegøres for nok masse til at forklare, hvorfor sonderne er bremset ned og bæresignaler skiftet.
Holdet fortsætter med at sige: "... det er vigtigt at påpege, at bæltet også ville påvirke Neptuns bane ...". Effektivt vil enhver stigning i masse inden i Kuiper Belt forårsage, at Neptune spiraliseres lidt tættere på Solen. Holdet estimerer, at planetens massecenter ville skifte 1,62 kilometer med hver fuld revolution på 164,8 terran år.
"Den radiale tæthedsfordeling af masse, der er nødvendig for at forklare den konstante acceleration mod solen målt ved Pioneer rumhåndværk, kan forklares med modeller af dannelse af solsystem." skriver holdet. For at forklare den større koncentration af masse omkring Uranus 'bane fortsætter de med at beskrive "en indvendig transport af materiale" mod Uranus bane over tid.
En anden potentiel kilde til uventet afmatning er træk på fartøjet forårsaget af en stabil strøm af partikler inden i bæltet. I dette scenarie ville Kuiper Belt også have mere stof end oprindeligt troet, men dette materiale ville blive jævnt fordelt (for at tage højde for det konstante tab, der ses i hver sondes momentum).
Uanset den ultimative kilde til sonens deceleration, er der ingen frygt for, at parret - ligesom de tre tidligste forgængere - vil vende kurs og brænde op i enhver atmosfære i nærheden af os. Disse to pionerer er stadig bestemt til at "bosætte sig i ukendt eller ikke-krævet territorium" som menneskehedens første udsendelser til stjernerne.
Skrevet af Jeff Barbour
