Η «ανωμαλία» των Pioneer επιτέλους εξηγήθηκε

Τα δίδυμα διαστημόπλοια «Pioneer» παρεξέκλιναν της προγραμματισμένης πορείας τους, παγιδευμένα σε ένα ανεξήγητο «φλερτ» με τον Ηλιο

Τα διαστημόπλοια «Πρωτοπόρος-10» και «Πρωτοπόρος-11» (αγγλικά «Pioneer») εκτοξεύθηκαν για να παρατηρήσουν τους απομακρυσμένους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος Δία και Κρόνο. Προβλημάτισαν όμως τους επιστήμονες με την ανεξήγητη επιβράδυνσή τους στο ταξίδι τους μακριά από τον Ηλιο, φαινόμενο που ονομάστηκε «ανωμαλία των Πρωτοπόρων». Τελικά αποδείχθηκε ότι «δράστης» αυτής της ανωμαλίας ήταν οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των διαστημοπλοίων.

Η πλάκα με τις πληροφορίες για τον πολιτισμό μας, που είναι προσαρμοσμένη στα διαστημόπλοια «Πρωτοπόρος-10» και «-11»


Η ενεργειακή πρόκληση

Στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές του 1970 η εμπλοκή των ΗΠΑ στη διαστημική εξερεύνηση είχε αποκτήσει μεγάλες διαστάσεις, ειδικά μάλιστα μετά τις επιτυχημένες επανδρωμένες αποστολές «Απόλλων» στη Σελήνη. Στο πλαίσιο αυτής της δραστηριότητας σχεδιάστηκαν και οι αποστολές «Πρωτοπόρος» («Pioneer») -10 και -11 με στόχο την εξερεύνηση των δύο μεγαλύτερων πλανητών του ηλιακού μας συστήματος, του Δία και του Κρόνου. Ο σχεδιασμός των «δίδυμων» διαστημοπλοίων ήταν μια πρόκληση για την εποχή, αφού απαιτούσε την παραγωγή ενέργειας σε αποστάσεις όπου η ηλιακή ακτινοβολία είναι πολύ ασθενής για να λειτουργήσουν φωτοβολταϊκές γεννήτριες, καθώς και την αποστολή και λήψη πληροφοριών από πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Για την παραγωγή ενέργειας τα διαστημόπλοια ήταν εφοδιασμένα με τέσσερις πυρηνικές γεννήτριες, τοποθετημένες ανά δύο σε δύο ιστούς μακριά από το σώμα του διαστημοπλοίου, ώστε να αποφευχθούν τα «παράσιτα» στα όργανα μέτρησης και παρατήρησης που ήταν τοποθετημένα στο κυρίως σώμα. Το σχήμα του διαστημοπλοίου ήταν κυλινδρικό, με την κεραία επικοινωνίας με τη Γη, ένα «δορυφορικό πιάτο» διαμέτρου 2,75 μέτρων, τοποθετημένη στη μία βάση. Κατά την πτήση το διαστημόπλοιο περιστρεφόταν γύρω από τον άξονα του κυλίνδρου, με την κεραία να «κοιτάζει» πάντα προς την κατεύθυνση της Γης. Οπως αποδείχθηκε εκ των υστέρων, αυτός ο σχεδιασμός ήταν και η αιτία της «ανωμαλίας των Πρωτοπόρων».

Η επιτυχία

Η τροχιά των διαστημοπλοίων είχε σχεδιαστεί έτσι ώστε το πρώτο να περάσει κοντά από τον Δία για να πάρει για πρώτη φορά φωτογραφίες αυτού του πλανήτη και το δεύτερο να περάσει κοντά τόσο από τον Δία όσο και από τον Κρόνο. Η διέλευση από τους δύο γίγαντες πλανήτες θα γινόταν με τόσο μεγάλη ταχύτητα ώστε τα δύο διαστημόπλοια θα συνέχιζαν μετά το ταξίδι τους στο αχανές Διάστημα εγκαταλείποντας τα όρια του ηλιακού μας συστήματος. Με αυτή την ευκαιρία σε καθένα από αυτά είχε τοποθετηθεί μια πλάκα με πληροφορίες για το είδος των κατοίκων του πλανήτη μας και για τη θέση του στο Διάστημα στην περίπτωση που τα διαστημόπλοια θα έρχονταν σε επαφή με κάποιον εξωγήινο πολιτισμό. Τα δύο διαστημόπλοια εκτοξεύθηκαν το 1972 και το 1973 και έφθασαν στον προορισμό τους έναν χρόνο αργότερα φωτογραφίζοντας με μεγάλη επιτυχία τους δύο πλανήτες και τους δορυφόρους τους.

Η ανωμαλία

Το μυστήριο με την «ανωμαλία» των δύο «Πρωτοπόρων» ξεκίνησε το 1980. Τότε οι μηχανικοί πτήσης διαπίστωσαν ότι τα διαστημόπλοια έμοιαζαν να είναι λίγο πλησιέστερα προς τον Ηλιο από όσο προέβλεπε η τροχιά που είχαν σχεδιάσει οι αστρονόμοι. Επειδή οι αστρονόμοι πίστευαν ότι γνώριζαν με πολύ καλή ακρίβεια τη θέση των διαστημοπλοίων στην τροχιά τους, μπορούσαν να υπολογίσουν πόσο χρόνο θα έκαναν τα σήματα που εξέπεμπαν τα διαστημόπλοια για να φθάσουν στη Γη ταξιδεύοντας με την ταχύτητα του φωτός. Τα σήματα όμως έφθαναν συντομότερα, πράγμα που σημαίνει ότι τα διαστημόπλοια ήταν πλησιέστερα σε εμάς από όσο πίστευαν οι αστρονόμοι!

Η διαφορά ήταν μικρή, 400 χιλιόμετρα τον χρόνο σε μια απόσταση 3 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, αλλά μετρήσιμη. Το φαινόμενο επιβεβαιώθηκε με τη μέτρηση της ταχύτητας των διαστημοπλοίων μέσω του φαινομένου Ντόπλερ (Doppler). Σύμφωνα με το φαινόμενο αυτό, η συχνότητα ενός κύματος φαίνεται μεγαλύτερη όταν η πηγή του μάς πλησιάζει και μικρότερη όταν αυτή απομακρύνεται και το έχουμε ακούσει όλοι στην περίπτωση που ένα αυτοκίνητο «κορνάρει»: όταν το αυτοκίνητο μας πλησιάζει, ο ήχος της κόρνας ακούγεται πιο οξύς, ενώ όταν απομακρύνεται ακούγεται πιο βαρύς. Η ταχύτητα που βρέθηκε με τη μέτρηση της συχνότητας των ραδιοκυμάτων των «Πρωτοπόρων» ήταν ελαφρά μικρότερη από αυτήν που υπολόγιζαν οι αστρονόμοι που λάμβαναν υπόψη τους όλους τους γνωστούς νόμους της Φυσικής. Εμοιαζε λοιπόν σαν η έλξη του Ηλίου στο διαστημόπλοιο να ήταν μεγαλύτερη από αυτήν που προβλέπει ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα. Πού οφειλόταν άραγε αυτή η ανωμαλία; Από το 1980 ως σήμερα έχουν προταθεί, ούτε λίγο ούτε πολύ, πάνω από δέκα διαφορετικές ερμηνείες του φαινομένου, που ξεκινούν από το ενδεχόμενο πειραματικού σφάλματος και φθάνουν ως την «τροποποίηση» του νόμου της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα. Ποια είναι άραγε η σωστή απάντηση;
Αντίγραφο του διαστημοπλοίου «Πρωτοπόρος-10» που εκτίθεται στο Μουσείο Αεροδιαστημικής της Ουάσιγκτον. Διακρίνονται οι πυρηνικοί αντιδραστήρες στους δύο ιστούς, επάνω δεξιά και επάνω αριστερά

Η «πυρηνική» εξήγηση

Από το 2009 είχε διαφανεί ότι η εξήγηση της «ανωμαλίας των Πρωτοπόρων» θα έπρεπε να βασίζεται στην εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες που τροφοδοτούσαν με ηλεκτρική ενέργεια τα διαστημόπλοια. Το φαινόμενο είναι πολύ «λεπτό» και βασίζεται τόσο σε μια άγνωστη στους περισσοτέρους ιδιότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όσο και στη γεωμετρία κατασκευής των διαστημοπλοίων και στον προσανατολισμό τους κατά τη διάρκεια της αποστολής. Σύμφωνα με τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού του Μάξγουελ, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εξασκεί πίεση στις επιφάνειες στις οποίες πέφτει. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες των δύο διαστημοπλοίων εξέπεμπαν υπέρυθρη ακτινοβολία, που είναι είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Μέρος αυτής της υπέρυθρης ακτινοβολίας έπεφτε στο πίσω μέρος της παραβολικής κεραίας του διαστημοπλοίου που ήταν στραμμένη προς τη Γη και εξασκούσε επάνω της πίεση. Αλλά η κεραία ήταν μόνιμα προσανατολισμένη προς τη Γη για να στέλνει και να δέχεται ραδιοσήματα και ο προσανατολισμός αυτός ήταν πολύ κοντά στην κατεύθυνση του Ηλίου. Ετσι τελικά η υπέρυθρη ακτινοβολία των αντιδραστήρων πίεζε το διαστημόπλοιο προς τον Ηλιο αυξάνοντας φαινομενικά την ελκτική δύναμη του Ηλίου!

Την ερμηνεία αυτή πρότειναν για πρώτη φορά το 2009 δύο επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βρέμης στη Γερμανία. Στη συνέχεια τόσο οι ίδιοι όσο και μια ομάδα από επιστήμονες του Εργαστηρίου Αεροπροώθησης του Πολυτεχνείου της Καλιφόρνιας έδειξαν, με λεπτομερείς υπολογισμούς, ότι το φαινόμενο αυτό εξηγεί πλήρως τη «μυστηριώδη ανωμαλία των Πρωτοπόρων». Ετσι ετέθη για μία ακόμη φορά τέρμα στις επαναστατικές προτάσεις για τροποποίηση των γνωστών νόμων της Φυσικής ή για την εισαγωγή νέων. Ως σήμερα, λοιπόν, φαίνεται ότι η Φυσική που γνωρίζουμε μπορεί να απαντήσει σχεδόν σε όλα τα προβλήματα που θέτουν τα νέα πειράματα και οι νέες παρατηρήσεις. Εξαίρεση αποτελεί το φαινόμενο της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος, που μπορεί να ερμηνευθεί μόνο με την επίκληση ενός είδους ενέργειας άγνωστης ως σήμερα, της σκοτεινής ενέργειας.

Πηγή : Βήμα Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.