Pioneer anomalisi

Pioneer anomalisi veya Pioneer etkisi, Güneş Sistemi'nin dışında kendi yörüngelerinin üzerinde Pioneer 10 ve Pioneer 11 uzay araçlarının, 20 astronomik birim yol kat ettikten sonra tahmin edilen ivmesinden sapmasıyla gözlemlenmiştir. Belirgin anomali, yıllardır muazzam bir ilgi odağı oldu, ancak sonradan uzay aracının ısı kaybına neden anizotropik radyasyon basıncı ile izah edilmiştir.

Her iki Pioneer uzay aracı Güneş Sistemi'nden kaçmaktadır, ancak Güneş'in yerçekimi etkisi altında yavaşlamaktadırlar. Seyrüsefer verilerin çok yakın incelenmesinin ardından, uzay aracının beklenenden biraz daha yavaş olduğu bulunmuştur. Etki Güneş'e karşı son derece küçük bir ivmedir. İki uzay aracı 1972 ve 1973 yılında piyasaya sunuldu ve anormal ivme ilk olarak erken 1980 olarak fark edildi ama ciddi 1994'e kadar araştırılmamıştır. Her iki uzay aracı ile son iletişim 2003 yılında oldu, ama kaydedilen verilerin analizi devam etmektedir.

Her iki uzay aracı davranışı hakkında çeşitli açıklamalar anomaliyi açıklamak için önerilmiştir. 1998-2012 süresi içinde, belirli bir açıklama kabul oldu. Ultra yüksek vakum ile çevrili ve her bir radyoizotop termoelektrik jeneratör tarafından desteklenen uzay aracı, sadece termal radyasyon yoluyla ısı tutabilir. Eğer, uzay aracının dizaynı nedeniyle, belirli bir yönde daha fazla ısı yayılırsa, uzay aracı aşırı yayılan radyasyonun yönünün tersine radrasyonel basınç nedeniyle biraz hızlanmak isteyecektir. Bu kuvvet, termal fotonların geri tepme nedeniyle olduğundan, aynı zamanda termal geri tepme kuvveti olarak da bilinir.

2012'de farklı gruplar tarafından birkaç bildiri ile, tüm uzay aracı doğasında termal radyasyon basınç güçleri tekrar analizi ile, dikkatli br sayım ile tüm anomalinin açıklandığı gösterildi ve böylece neden sıradan ve herhangi bir yeni olgulara işaret veya farklı bir fiziksel paradigma için gerek olmadığı da açıklanmış oldu. Bugüne kadar o en detaylı analiz, bazı orijinal araştırmacılar tarafından, açıkça termal güçleri tahmin  eden iki yöntem ile yapıldı.

Tanım

Pioneer 10 ve 11, sırasıyla Jüpiter ve Jüpiter / Satürn misyonlarına gönderildi. Her iki uzay aracı da yüksek kazançlı anten tutmak için spin-stabilize edildi. uzay aracı iticileri dahil olmasına rağmen,  gezegen karşılaşmaları sonrasında, onların yörüngesinde Dünya'ya izlemek için sadece altı aylık konik tarama manevraları için kullanıldı. Bu süreçte,  Her iki uzay aracı defalarca fiziksel çevre üzerindeki çeşitli ölçümler elde etmek için temasa geçildi, sonrasında onların ilk misyonları tamamlandı ve  süre sonra değerli bilgiler sağlandı.

Uzay aracı kendi "cruise" sırasında neredeyse hiçbir ek stabilizasyon bulunmayan  bindirmeler ile uçtuğundan dolayı, uzay aracının hareket üzerindeki etkisi, güneş ortamının yoğunluğunu karakterize edebilmek mümkün hale gelir. Dış Güneş Sistemi'nde derin uzay ortamının zemin tabanlı ölçümlere dayalı bu etki kolayca hesaplanabilir olurdu. Bu etkiler, diğer bilinen etkileri ile birlikte göz önüne alındığında, öncüleri hesaplanan pozisyon radyo sinyallerinin dönüşü, zamanlama dayalı ölçümler geri uzay aracından gönderilenler ile kıyaslanamaz.

Uzay aracı hareketinde bilinen tüm kuvvetler dikkate alındığında, birçok küçük ama açıklanamayan kuvvet geride kalır. Yaklaşık olarak sabit güneşe dönük ivmenin sebep olduğu görünmektedir. Uzay aracının pozisyonları önceden bir yıl tahmin edilseydi ölçülen hız ve bilinen güçlere dayalı olarak, yaklaşık yıl sonunda 400 km güneşe daha yakın olduğu tespit edilirdi.
Bu anomalinin şimdi termal geri tepme güçleri tarafından hesaba katıldığına inanılmaktadır.

Açıklama: termik geri tepme kuvveti
1998 yılında başlayan, termal geri tepme kuvveti altında tahmin edilme önerisi, belki de tüm anomali için hesap verebilir. Ancak, doğru termal güçleri için muhasebe zorluydu, çünkü, uzay aracı sıcaklıkları ve detaylı bir termal modelin telemetri kayıtlarını gerekli kılıyordu. Ayrıca, tüm termal modellerde zamanla ilk ölçümlerde görülmeyen bir azalma etkisi tahmin ediliyordu.
 
Tek tek bu itirazlar ele alındı. Eski telemetri kayıtlarının çoğu bulundu ve modern formata çevrildi. Böylece güç tüketim rakamları elde edildi ve uzay aracının parçalarının bazı sıcaklık değerlerine ulaşıldı. Çeşitli gruplar, bilinen sıcaklık ve güçlere karşı kontrol odaklı termal modeli geliştirdiler. Bu kayıtlar aynı zamanda uzun vadede hızlanmada bir azalış olduğunu gösterdi.

Diğer görevlerden endikasyonlar

Öncüleri benzersiz bir şekilde etkiyi keşfettiler çünkü ders düzeltmeleri olmadan uzun bir süre boyunca uçuştaydılar. Öncüler ya gezegenin birinde durdu, veya bindirme misyonunu kullandılar.

Yeni uzay aracı görevlerinin bir kısmını veya Galileo ve Ulysses i içeren, tamamını spin stabilizasyonu (:en:Spin-stabilisation) kullanmışlardır. Bu uzay aracı benzer bir etkiye işaret işaret eder. çeşitli nedenlerden dolayı kesin sonuçlara bu kaynaklardan varılamaz. Cassini misyon, tutum kontrolü için reaksiyon tekerleklerinin yanı sıra iticileri ve yolculuk sırasında yalnız reaksiyon uzun süre güvenebileceğini tekerleklerde mevcuttu.

Cassini Satürn vardıktan sonra, Huygens sondasını silmekiçin ve yakıtın yanmasına eklemek için, kütlesinin büyükbir kısmını döktü. Bu radyasyon güçlerinin neden olduğu ivme arttı çünkü. Onlar daha az kütlesi üzerinde hareket ediyorlardı. İvmedeki bu değişiklik, yerçekimi ivmesinin radrasyon kuvvetlerinden bağımsız olarak ölçülmesini sağlar. seyir ve Satürn-yörünge sonuçlarını karşılaştırıldığında, sonuçlar gösterir ki, Cassini hemen hemen tüm ivmesini radrasyon kuvvetleri etkisiyle kazanır.

Termal çözümü ile olası sorunlar

Burada anomalinin iki özelliği vardır, orijinalinde rapor edildiği gibi, termal sorunu tanımlayamadıkları : anomali periyodik değişimler, ve Satürn yörüngesinin yakın anomali başlangıcı.

Öncelikle, anomalinin belirgin bir yıllık periyodisite vardır ve hata bütçesinden resmen daha büyüktür. Ancak, aynı kağıt, aynı zamanda bu sorun büyük olasılıkla anomali ile ilişkili değildir belirtir: Yıllık ve günlük terimleri çok büyük olasılıkla aynı modellemenin farklı tezahürleridir.

İkinci olarak, bir süre boyunca ölçülen anomali değeri Pioneer 11 Satürn karşılaşmasından sonra  nispeten yüksek belirsizlik mevcuttu. Pioneer anomali Öncü 10 onun Satürn karşılaşma geçti sonrasına kadar fark oldu.

Daha önce önerilen açıklamalar
Termal geri tepme açıklaması  kabul olmadan önce, önerilen diğer açıklamalar iki sınıfa ayrılır. ‘’Sıradan nedenler’’ veya ‘’yeni fizik’’. Sıradan nedenler ,gözden kaçan veya ilk analizde yanlış modellenmiş geleneksel etkileri içerir. Böyle ölçüm hatası, gaz kaçağı gelen itme veya düzensiz ısı radyasyon gibi etkenlerdir. "Yeni fizik" açıklamaları ile yerçekimsel fizik anlayışımıza revizyon önerir.

Pioneer anomalisi, bilinen yerçekimi kanunlarının uzun vadede ki modifikasyonu olsaydı, aynı yolla doğal kütlelerin orbital hareketini etkilemezdi. Dolayısıyla tüm nesneleri yerçekimi tarafından aynı şekilde etkilendiğini belirten bir yerçekimi açıklama denklik ilkesini ihlal etmek gerekir. Bu nedenle giderek hassas ölçümler ve dış gezegenlerin hareketleri ile başka modellemeler ileri sürüldü ve böylece pioneer anomalinin yerçekimsel fenomeninin temelleri atıldı. Ancak, diğerleri dış gezegenlerin hareketlerini bilgimiz dahilinde kabul ediyor ve cüce gezegen Plüton'un hala Pioneer anomalisinin yerçekimi doğasını çürütmek için yeterli olduğunu savunuyorlardı.

Pioneer etkisinin büyülüğü olan ((8.74±1.33)×10−10 m/s²) yaklaşık olarak ışık hızının ve Hubble sabitinin çarpımına eşittir. Ancak şimdi özel bir öneme sahip olduğu düşünülmektedir. Turyshev ve Tooth  tarafından üstlenilen aslında son Jet Propulsion Laboratory tarafından yorumlanan (2010) iddiada ; diğer bilim adamlarının kozmolojik modellerinin kendileri fiziksel etkileri dayalı bir kanıta dayanan oysa oldukça geleneksel kaynaklar dikkate alınarak kozmolojik bağlantıyı ekarte ettiği iddia edilmektedir.

Böyle Güneş Sistemi gibi kütleçekimsel bağlı nesneler, hatta Samanyolu, evrenin genişleyen parçasını paylaşmak zorunda değildirler. Bu geleneksel teori olarak bilinmektedir. Bu durum yeni fizik anlayışına engel değildir.

Yavaşlama modu
Gerçek bir yavaşlama çeşitli nedenlerden dolayı mevcut modelde hesapta olmadığından mümkün olduğunca incelendi.

Yerçekimi
Yavaşlamanın yerçekimi kuvvetlerine neden olduğu kanısı böyle Kuiper Kuşağı ya da karanlık madde olarak tanımlanamayan kaynaklar mümkün olarak düşünülebilir. Ancak, bu ivme dış gezegenlerin yörüngelerinde görünmez, bu yüzden herhangi bir jenerik yerçekimi cevap denklik ilkesini ihlal etmek gerekir. Aynı şekilde, anomaliden ötürü Neptün'ün uydu yörüngeleri görünmemektedir.

Sürüklenme
Bunun nedeni, gezegenler arası toz, Güneş rüzgârı ve kozmik ışınlar da dahil olmak üzere sürüklenme olabilir. Ancak, ölçülen yoğunlukları etkiye neden olamayacak kadar küçüktür.

Gaz kaçağı
Helyum ve uzay aracının radyoizotop termoelektrik jeneratörleri de dahil olmak üzere gaz kaçağının muhtemel sebeplerinden biri olarak düşünülmüştür.

Yeni fizik
"Pioneer anomali" gezegenlerde bir etkisi olarak görünmemesinden dolayı, Anderson ve diğ. bu yeni fizik olsaydı bu durumun ilginç olacağını iddia ettiler. Doppler değişimi ve sinyal doğrulanması ile, aynı takım yeniden yeni fiziğin yalan olabilme ihtimalini gündeme getirdi.

Saat ivme
Saat ivme, Güneş’e doğru olan anormal ivmelenmenin alternatif bir açıklamasıydı. Bu teori,  genişleyen evreni dikkate alarak, yerçekimi potansiyelini oluşturmak için çaba harcadı. Bu  artan çekimsel potansiyel daha sonra kozmolojik zamanı hızlandıracaktı. Bu özel efekt tahmin yörüngeleri ve Pioneer 10 ve Pioneer 11'in hızlarında meydana gelen gözlenen sapmaya  neden olduğu kanısı ileri sürülmüştür.

Kendi verilerine bakıldığında, Anderson'ın takımı 8 yılda 1,5 Hz'lik bir sabit frekans kayması çıkarabildi. Bu saat hızlanma teorisi üzerine eşleştirilmiş olabilir, başka bir deyişle, zamanda bir düzensizlik var demekti bu durum. Ayrıca, zaman ile ilgili böyle bir bozulma, Anderson'ın ekibi tarafından  bir olgu olarak zaman bozulmasının kabul edildiği çeşitli modelleri gözden geçirtti Daha sonra ‘’saat ivme ‘’ modeli geliştirildi.

Değiştirilmiş ağırlık tanımı
Modifiye Newton dinamiği (:en:Modified Newtonian dynamics), 10−10 m/s² gibi çok düşük ivmelenmelerde, geleneksel Newton yerçekimi değerlerinden, kanunlarından bir sapma meydana geleceğini öne sürdü. Dış Güneş Sistemi'nde ise uzay aracı üzerine yerleştirilen düşük ivmeleri göz önüne alındığında modifiye Newton dinamiği, normal yerçekimi denklemlerini değiştirecekti. Güneş gezegenlerin günberi ve boylam devinimi, veya Uzun dönem kuyruklu yıldızların yörüngeleri anormal bir yerçekimi alanı yaşamaya rapor edilmemiştir.

Değiştirilmiş atalet tanımı 
Modifiye Newton dinamiği (:en:Modified Newtonian dynamics), ataletinde Belki de, vakum enerji ile etkileşmesinden ötürü, ve böyle bir yörünge bağımlı teorisi yüzünden  bir modifikasyonu olarak tanımlanabiir. Unruh radyasyon (:en:Unruh effect) ve Hubble ölçekli Casimir etkisi ile modifiye newton dinamiğine benzemeyen ve pioneer anomali ile bağlantılı bir atalet  modeli önerilmiştir.

Genişleyen bir evrende gök efemeris
Pioneer anomalisinin Oldukça basit bir açıklaması Minkowski'den ziyade Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker kozmoloji (:en:Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metric) açıklamalarının metrik taraflarının ele alınmasıyla elde edilebilir. Bu modelde uzay manifoldu,  eşit fiziksel ölçümler ile konformal kozmolojik zamana göre hafif hareketlerde kozmik zamana rastlayan gözlemci uygun zaman saymak işini atomik saatler yardımıyla yapmaktadır. Konformal ve kozmik kez verimleri arasındaki fark tam olarak anormal aynı sayısal değeri ve imzasıdır. Öncü etkisinin kökenli kozmik ise, kozmik mikrodalga arka plan radyasyon gözleminden bağımsız,  Hubble sabitinin sayısal değerini ölçmek için doğrudan erişim sağlar.

Daha fazla araştırma yolları
Mümkün olan ancak kanıtlanmamış ancak anomalinin anomali uçuşu ile ilgili olduğu uzay aracındaki gözlem dolayısıyla düşünülmektedir. Koşullar çok farklı olmasına rağmen, genel etkisi benzerdir.

Pioneer uzay aracı artık yeni veri sağlamamaktadır. (son iletişim 23 Ocak 2002) ve Galileo kasten misyonu sonunda Jüpiter'in atmosferinde  yakıldı. Şimdiye kadar, Cassini'nin herhangi kesin sonuçlar alamayışı gibi mevcut misyon verileri kullanmaya çalıştığında; Daha fazla araştırma için çeşitli seçenekler vardır:

Alınan Pioneer verilerinin ileri analizi. Bu, ilk olarak anormalliği saptama için kullanıldı, sadece veri içermemektedir aynı zamanda verilere ek olarak, erişilemezbilgisayar formatları ve medya içeriği de mevcuttur.
Pluto Yeni Ufuklar uzay aracı spin-stabilize olan yolculuk  içindir ve anormalliği araştırmak için kullanılabilirlik olasılığı vardır. Yeni Ufuklar Cassini misyon ile aynı sebepten iyi veri alımına engel aynı sorunlar ile  karşılaşabilir.
Özel bir misyon da ileri sürülmüştür. Böyle bir misyon muhtemelen hiperbolik bir kaçış yörüngesini konu alır.

Anomali ile ilgili toplantılar ve konferanslar
Öncü anomaliyi görüşek üzere, 2004 yılında Bremen Üniversitesinde bir toplantı gerçekleştirildi.
Pioneer Explorer İşbirliği, inceleme yapmak amacıyla kuruldu ve Bern şehrinde Uluslararası Uzay Bilimleri Enstitüsünde üç toplantıya ev sahipliği yaptı (2005, 2007,2008).

Kaynakça

Anomali
Kütleçekimi