Найдена причина аномального ускорения «Пионеров»

Португальские физики определили таинственную силу, которая на протяжении почти сорока лет очень слабо, но явственно замедляет парочку американских космических аппаратов, удаляющихся от Солнца прочь. Причина аномалии, по мнению авторов работы, проста и находится у всех на виду.

Примерные траектории «Пионеров» и «Вояджеров» — четырёх космических аппаратов, удалившихся от нашей планеты дальше других земных зондов (иллюстрация NASA).

Напомним кратко: аномалия «Пионеров» проявляется как дополнительное замедление аппаратов Pioneer-10/Pioneer-11 от некой неучтённой силы, действующей в направлении к Солнцу. Замедление это мало и составляет примерно 9 х 10^-10 м/с².

Для объяснения эффекта на протяжении многих лет учёные не раз выдвигали различные версии, от банальной ошибки измерения или притяжения со стороны крупных тел в поясе Койпера до коррекции, а то и вовсе пересмотра физических законов, описывающих действие гравитации на больших расстояниях.

Среди гипотез довольно давно была выдвинута схема с несимметричным тепловым излучением самого аппарата (главным образом, от его радиоизотопных генераторов), создающим реактивную силу. Но оказалось очень трудно увязать известные технические параметры этих узлов с вычисленным «лишним» ускорением.

Это удалось сделать Орфеу Бертолами (Orfeu Bertolami) и Фредерико Франциско (Frederico Francisco)
из технологического института в Лиссабоне (Instituto Superior Technico). Как рассказывает InsideScience.org, секрет оказался заключён в направленной антенне! Обратная сторона её 2,7-метровой чаши служит хорошим отражателем для инфракрасных волн, производимых изотопными генераторами и отсеком с электроникой.

Пока аппараты работали, для обеспечения связи антенна эта была постоянно направлена на Землю. С учётом огромного расстояния до «Пионеров», это означало и почти точное направление её на Солнце (вообще же с аппаратом Pioneer-10 связь прекращена более 8 лет назад, а с 11-м «Пионером» — с 1995 года).

Таким образом, тепловая эмиссия от нагретых частей межпланетного зонда оказывалась далеко не симметричной, а очень даже сосредоточенной, направленной, в основном, в одну сторону, а именно — против движения аппарата. Об этом физикам рассказала самая точная и детальная компьютерная симуляция теплового излучения «Пионера», выполненная Бертолами и его коллегами. Они учли взаимодействие волн со всеми поверхностями аппарата и нашли, что благодаря большой антенне ИК-излучение способно произвести нужный результат.

Аппарат Pioneer-10 и его разгонная ступень незадолго до установки на вершину ракеты-носителя. Как видно, чаша направленной антенны для связи с Землёй — это крупнейшая деталь космического разведчика (фото NASA Ames Resarch Center).

Интересно в этой связи вспомнить другую аномалию. На протяжении XIX и XX веков астрономы обнаруживали, что периодические кометы возвращаются к Солнцу не вполне точно по расписанию, а с крошечным отклонением. Причём они являлись как чуть раньше, так и чуть позже вычисленного срока. Учёные долго ломали голову — какое воздействие внешней среды может корректировать орбиты комет.

И лишь в 1950 году было найдено простое объяснение. Оказалось, так проявляет себя случайно направленная реактивная сила от газопылевых выбросов, испускаемых кометой пока она находится сравнительно близко к светилу.