Pioneer-anomali løst af 1970'ernes computergrafikteknik

I løbet af det sidste årti eller deromkring er Pioneer Anomaly blevet en af ​​de store uløste gåder inden for astrofysik.

Problemet er dette. Pioneer 10 og 11 rumfartøjerne blev opsendt mod Jupiter og Saturn i begyndelsen af ​​1970'erne. Efter deres respektive forbiflyvninger fortsatte de på flugtbaner ud af solsystemet, begge decelererede under kraften fra Solens tyngdekraft. Men omhyggelige målere viser, at rumfartøjerne bremser hurtigere, end de burde, som om de blev trukket af en ekstra uset kraft mod Solen.

Denne deceleration er lille: kun (8,74±1,33)×10^−10 ms^−2. Det store spørgsmål er, hvor det kommer fra.

Rumfartøjsingeniørers første tanke var, at varme udsendt af rumfartøjet kunne forårsage præcis denne form for deceleration. Men da de undersøgte, hvordan varme blev produceret på fartøjet, ved hjælp af plutonium om bord, og hvordan dette måtte være blevet udsendt, var de ikke i stand til at få tallene til at lægge sammen. Højst kunne termiske effekter kun tegne sig for 67 procent af decelerationen, sagde de.

Det førte til et væld af andre ideer, hvoraf nogle jeg har dækket i denne blog. For eksempel så vi sidste år på arbejde, der udelukkede muligheden for, at tyngdekraften kunne være stærkere på disse afstande, da vi burde kunne se en lignende effekt på andre fjerne objekters kredsløb, såsom Pluto.

Nu siger Frederico Francisco ved Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear i Lissabon, Portugal, og et par venner, at de har fundet ud af, hvor de termiske beregninger gik galt.

Disse fyre har lavet beregningerne om ved hjælp af en computermodel af ikke kun, hvordan varmen udsendes, men også hvordan den reflekteres fra de forskellige dele af rumfartøjet. Refleksionerne viser sig at være afgørende.

Tidligere beregninger har kun estimeret effekten af ​​refleksioner. Så Francisco og co brugte en computermodelleringsteknik kaldet Phong skygge at finde ud af præcis, hvordan den udsendte varme reflekteres, og i hvilken retning den ender med at rejse.

Phong-skygge blev opfundet i 1970'erne og er nu meget brugt i mange gengivelsespakker til at modellere refleksioner i tre dimensioner. Det blev oprindeligt udviklet til at håndtere refleksioner af synligt lys fra 3D-objekter, men det fungerer lige så godt til infrarødt lys, siger Francisco og co.

Især Phong-skygge har givet det portugisiske hold mulighed for for første gang at inkludere effekten af ​​varme, der udsendes fra en del af rumfartøjet, der kaldes det vigtigste udstyrsrum. Det viser sig, at varmen fra bagvæggen af ​​dette rum reflekteres fra bagsiden af ​​rumfartøjets antenne (se diagram ovenfor).

Da antennen peger mod solen mod Jorden, vil refleksioner fra dens ryg have en tendens til at bremse rumfartøjet. Strålingen fra denne væg vil i en første iteration reflektere fra antennen og tilføje et bidrag til kraften i solens retning, siger Francisco og co.

Se, denne ekstra kraftkomponent gør hele forskellen. Som Francisco og co udtrykte det: Med de resultater, der præsenteres her, bliver det mere og mere tydeligt, at medmindre der opstår nye data, kan puslespillet med den unormale acceleration af Pioneer-sonderne endelig bringes til ro. Med andre ord forsvinder anomalien.

Selvfølgelig vil andre grupper gerne bekræfte disse resultater, og et hold på Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, som har indsamlet data om sonderne, studerer i øjeblikket sin egen computermodel af termiske budgetter.

Det bliver spændende at se, om de er enige. Hvis de gør; problem løst. Sandsynligvis!

Ref: arxiv.org/abs/1103.5222 : Modellering af det reflekterende termiske bidrag til accelerationen af ​​Pioneer-rumfartøjet

Du kan nu følge The Physics arXiv Blog på Twitter

skjule