Мистерията на аномалното забавяне на космическите кораби най-накрая е разгадана
Спирачни "Пионери", описани чрез рисуване
Една от най-интригуващите астрономически мистерии от последните 20 години, аномалията Pioneer, беше решена с помощта на технология за виртуална реалност, която се използва активно в съвременните компютърни игри.
В началото на 70-те години на миналия век човечеството, след като се огледа и свикна с непосредствените космически околности на Земята, Марс и Венера, започна да изследва далечните - Сатурн и Юпитер. През 1972 г. и 1973 г. към газовите гиганти са изпратени две американски автоматични станции Pioneer 10 и Pioneer 11.
Мисията оправда името си, превръщайки се в пионерска мисия в пълния смисъл на думата.
За първи път в историята на космическата навигация беше използвана нетривиална балистика - ефективното ускоряване на превозни средства, използващи гравитационното привличане на други планети, работещи като прашка: сега този гениален трик е приет от балистиката за постоянно, за да компенсира слабата реактивна тяга на междупланетните сонди, носещи ограничен запас от гориво. Освен това Pioneer 10 стана първата автоматична станция, прелетяла покрай Юпитер. И накрая, и двете станции остават досега единствените създадени от човека обекти извън Слънчевата система: през 1983 г. Pioneer 10 премина орбитата на Плутон и сега устройствата са на впечатляващо разстояние от 103 и 83 (Pioneer 11) астрономически единици от Слънцето, летейки към Алдебаран и съзвездието Щит.
Но дори и след като изпълниха основната си задача, пионерите, след като изследваха Юпитер и Сатурн, продължиха да предават важна информация на Земята, като в крайна сметка задаваха на учените гатанка, чийто окончателен отговор все още не е намерен.
Всъщност "извънредната" работа на "Пионерите"първоначално е записано в изследователските планове на НАСА. По този начин, чрез проследяване на отклоненията в траекториите на полета на станции в орбитите на Нептун и Плутон, астрономите се надяваха да потвърдят съществуването на тогавашния хипотетичен пояс на Кайпер, транснептунова популация от малки тела, останали след формирането на Слънчевата система. И дори, ако имате късмет, косвено потвърдете "хипотезата за десетата планета", която трябваше да е отговорна за странните аномалии в орбитите на Нептун и Уран.
Но както стана ясно по-близо до 90-те години, вместо да обяснят една аномалия, изследователите се сдобиха с друга - и много по-странна.
Първият доклад, че Pioneers летят по траектория, която се отклонява от планираната, е направен през 1980 г. от Джон Андерсън, служител на лабораторията за реактивни двигатели на НАСА. След обработката на телеметричните данни, доплеровото изместване на честотата на сигнала, възникващо при обмена на радиосигнали със станциите, от което много точно може да се изчисли скоростта им, показа, че Пионерите се движат с по-голямо отрицателно ускорение от изчисленото. Те не бързаха да обяснят странното забавяне на станциите в пустинен район на космоса толкова далеч от Слънцето и където вероятността от значителни гравитационни смущения, които биха могли да коригират изчислените, е изключително малка, решавайки да изключат възможността за телеметрична грешка и да съберат повече информация за по-нататъшната балистична еволюция на траекториите.
Въпреки това през следващите десет години, с натрупването на данни и подобряването на теоретичния модел, описващ движението на телата на границата на Слънчевата система, проблемът с аномалното отрицателно ускорение на Pioneers не беше решен.
Астрономите моделираха еволюцията на Вселената през първите милиарди години от нейния живот
Първо, отрицателно ускорение, както е показано от същототелеметрия, остана същата за двете станции и постоянна, което, като се има предвид тяхното пространствено разделение, изключи гравитационния ефект върху тях от някои скрити транснептунови обекти. Второ, в началото на 90-те години орбиталните аномалии на Уран и Нептун, които объркаха теоретиците, най-накрая се вписаха в усъвършенствания гравитационен модел, без да включват хипотетичната десета планета.
Но аномалното забавяне на Pioneers категорично отказа да се вмести в получения точен модел, по който се движеха други небесни тела.
На станцията е действала спирачна сила с неизвестен произход и е било необходимо или да се намери нейният истински източник, който не е гравитационен по природа, или да се коригира нещо в теоретичната консерватория, тоест в нашите представи за това как работи гравитацията.
Но самото предположение, че вторият вариант не е изключен, предизвика леко нервно треперене в редиците на физиците теоретични, тъй като всеки компромис на установената теория, описваща гравитационните взаимодействия, води до преразглеждане на фундаменталните идеи за произхода, структурата и еволюцията на Вселената.
За недоволство на повечето теоретици и за радост на тези, които обичат да измислят екзотични космологични теории, ситуацията около аномалията Пионер се разви точно по този сценарий.
Планетариумът отново отвори врати в Москва
В началото на 90-те години НАСА създава група от експерти, водени от своя откривател Джон Андерсън, за да изследват непонятната аномалия. Започнахме, разбира се, с изброяване на всички възможни тривиални и нетривиални ефекти върху негравитационни превозни средства - спирачният ефект на космически прах, газ, собствен електрически заряд на Pioneers, изтичане на гориво, топлинни и радиационни емисии от все още работещи постанции на плутониеви източници на енергия и дори импулс от радиосигнали, изпратени от станции към Земята. Но дори и след такова щателно отчитане на всички възможни негравитационни фактори, влияещи върху движението на Пионерите, техният кумулативен принос към аномалията се оказа недостатъчен.
Предизвикателството, което аномалията поставя пред съвременната физика, е толкова интересно, че дори се свикват специални научни конференции по този повод, а търсенето на причините за нея - тривиални или екзотични - се превръща в своеобразно научно състезание.
Като цяло, двадесетгодишната суматоха около микроскопичен спирачен импулс, причиняващ отрицателно ускорение на две малки устройства към Слънцето със стойност 8,74 ± 1,33 × 10−10 m/s², може да изглежда странна за непосветен човек, но превеждайки проблема на ежедневен език, представете си такава ситуация.
Да кажем, че трябва да посетите баба си, която живее в много, много далечно село. Въоръжавате се с най-новия GPS навигатор, изчислявате точно маршрута, времето за пътуване, за да стигнете навреме за вечерния чай, зареждате достатъчно бензин (районът е отдалечен, няма бензиностанции по пътя) и тръгвате на път, но в резултат се озовавате дълбоко след полунощ в гъста гора с празен резервоар за газ и на няколкостотин километра от вашата дестинация, въпреки че по всички изчисления трябваше да седите дълго време под подова лампа и да пиете чай със сушилни.
Разбира се, на къси разстояния грешка от 8,74 ± 1,33 × 10−10 m/s² никога няма да доведе до толкова ужасни резултати, но на много големи разстояния - космически - вече е довела до отклонение на пионерите с 400 хиляди километра от изчислената траектория. Следователно цената на въпроса, да се направи това изменение на балистичните уравнения на движението или да се отпише всичко върху дизайнерските характеристики на Pioneers, е напълно различна. Когаизпращането на скъпоструваща експедиция до външните граници на слънчевата система (а такива проекти вече са в ход) би означавало пълен провал на мисията, за което космическите агенции ще трябва, за разлика от ексцентричните космолози, да отговарят на данъкоплатците.
Но изглежда, че на двадесетгодишната епопея с коварна аномалия най-накрая е сложен край.
Група физици от Португалския институт за плазмен и ядрен синтез успяха да разкрият мистерията на постоянното забавяне на Pioneers, но, за съжаление, от тази следа не следва нова космология.
В резултат на това приносът на радиацията, отразена от антената, към непланирания спирачен импулс на Pioneers се вписва в много липсващите 40 процента, които липсваха на негравитационното обяснение на аномалията. И те ги получиха благодарение на използването на специален математически апарат, известен като многоъгълно засенчване по метода Phong и използван в компютърното изобразяване за получаване на реалистични сенки и светлини (едноименният плъгин Phong Shading може да бъде намерен във Photoshop), без който феновете на компютърни игри с фантастична графика не могат да си представят съществуването си.
Така "Пионерите" не само подложиха на сериозен, но полезен тест съвременната балистика, гравитационния модел на Слънчевата система и дори съвременната космология, но и демонстрираха единствения наистина работещ пример за фотонен двигател, използван досега само в научната фантастика, а също така се превърнаха в удобен полигон за тестване на технологии за виртуална реалност в космическото инженерство.
Уви, апологетите на алтернативната космология, лишени от такава нагледна и удобна аномалия, сега ще трябва да потърсят други ярки примери, за да докажат своите теории, за което заслужават специално благодарносткомпютърна графика от виетнамски произход Bu Thoi Phong, който изобретява известния си метод през 1975 г.