Pioneer-anomália: végleg megfejtve?
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2011.04.09 16:15.)

Az 1970-es években indított Pioneer-10 és -11 szondák eddig rejtélyes apró lassulását egy ugyancsak a 70-es évekből származó, eredetileg a számítógépes játékok grafikájához kifejlesztett modell alkalmazásával magyarázták most meg.

(Fantáziakép: NASA / D. Davis)

Az elsőként, 39 évvel ezelőtt indított Pioneer-10 annak idején mindössze 21 hónap alatt érte el a Jupitert. Ez és ikerpárja, a Pioneer-11 (1973) volt az első két ember alkotta eszköz, amelyeket a Naprendszer elhagyására indítottak. A Pioneer-11 útja során a Szaturnuszhoz is eljutott. 1979-től kezdve már mindkét űrszonda háborítatlanul halad a Naptól kifelé. A Pioneer-10 2003-ban, a Pioneer-11 már 1995-ben elhallgatott, a földi irányítók azonban ez azt megelőző években a szondák rádiójeleinek Doppler-eltolódásából pontosan tudták követni mozgásukat. Eközben lettek figyelmesek arra, hogy egyikük sem egészen olyan mértékben lassult, ahogyan azt a Nap gravitációs vonzóerejét számításba vevő modellek alapján várták. A megmagyarázatlan plusz lassulás értéke nagyon apró (8,74 ± 1,33) × 10^-10 m/s² volt, mégis egyértelműen kimérhető.

A jelenség Pioneer-anomália néven vonult be az űrkutatás és a fizika történetébe. Megoldására számos egzotikus magyarázat is felvetődött, egészen a tömegvonzás törvényének megváltoztatásáig. Korábban már mi is beszámoltunk arról, hogy ennél kevésbé szenzációs (rész)megoldás is született: a fékező erőt az űrszondák hősugárzásának egyenetlen felszíni eloszlására vezették vissza. Az akkori modell azonban nem tudta teljes mértékben visszaadni a mérések eredményét. Most négy portugál fizikus egy olyan modellel állt elő, amely tökéletesen meg tudja magyarázni a jelenséget.

A megoldás kulcsa a Pioneer szondák hősugárzásának precíz modellezése volt. Ennek során figyelembe kellett venni a sugárzás kibocsátásának és visszaverődésének mértékét az űreszközök különféle, matematikailag pontosan leírt felületelemeiről. Vizsgálati módszerül a valósághű háromdimenziós számítógépes grafikai megoldások segítésére kitalált ún. Phong-árnyalást választották. Az eredmény lényege az alábbi ábrán egyszerűen szemléltethető: a műhold testéről kibocsátott hősugárzás a kommunikációs antenna hátsó felületéről visszaverődött. Az antenna állandóan „befelé”, vagyis a Föld (és a Nap) irányába mutatott, így a gyengécske fénynyomásból származó plusz erő következetesen a Nap irányába gyorsította a szondákat – vagyis a Naprendszerből kifelé irányuló sebességüket lassította.

A Pioneer szondákat folyamatosan lassító hatás, a 2,7 m-es átmérőjű antenna hátsó oldaláról a világűrbe visszaverődő infravörös elektromágneses sugárzás nyomásának szemléltetése az űreszközök vázlatos rajzán. A z tengely a Nap felé mutat. (Kép: F. Francisco és társai)

A szerzők szerint tehát az anomália nem anomália többé – csak a megfelelően pontos hőkibocsátási és -visszaverődési modell hiányzott eddig. Most más kutatócsoportokon a sor, hogy az elemzést saját modelljeikkel megerősítsék, s akkor egy rejtéllyel tényleg kevesebb lesz a világban.