Πίστωση εικόνας: NASA
Στην οικολογία, πρωτοπόρος είναι ένα «είδος που εγκαθίσταται σε ένα προηγουμένως άγονο περιβάλλον». Μεταξύ των ανθρώπων, οι πρωτοπόροι «εγκαθίστανται σε άγνωστη ή αζήτητη περιοχή». Μεταξύ των αστροφύλων, η Pioneer ήταν η πρώτη μας προσπάθεια να ερευνήσουμε το ηλιακό σύστημα. Αλλά φαίνεται ότι οι δίδυμες πρωτοποριακές προσπάθειες της NASA έχουν σημειώσει τώρα μικρότερη πρόοδο προς τα αστέρια από ό,τι αναμενόταν και το ερώτημα είναι «Γιατί;».
Όταν η NASA σχεδιάζει μια αποστολή, γίνονται υποθέσεις σχετικά με το λειτουργικό περιβάλλον του σκάφους. Αρχικά, η NASA είχε κάποιες βαθιές ανησυχίες σχετικά με την αποστολή των δύο ανιχνευτών Pioneer μέσω της ζώνης των αστεροειδών – τελικά, όλα αυτά τα μεγάλα θα μπορούσαν να ενωθούν με πολλά μικρά!
Εν τω μεταξύ, η NASA πρέπει να σχεδιάσει μια διαδρομή πτήσης για να πάει το σκάφος εκεί που πηγαίνει. Με βάση τη διαδρομή, το ωφέλιμο φορτίο της αποστολής και άλλες απαιτήσεις, πρέπει να παρέχεται αρκετή ώθηση για την παροχή της απαιτούμενης ανύψωσης. Ο μεγάλος παράγοντας που επηρεάζει την ώθηση είναι η βαρύτητα – όσο περισσότερη έχετε, τόσο περισσότερη ώθηση χρειάζεστε.
Ένα από τα έξυπνα πράγματα για τα Pioneer 10 και 11 ήταν η επιλογή της NASA να εξοπλίσει το ζευγάρι με αμφίδρομες επικοινωνίες ευαίσθητες σε αλλαγές doppler. Με βάση τις αλλαγές συχνότητας, η NASA θα μπορούσε να προσδιορίσει την ταχύτητα του σκάφους σε σχέση με τους σταθμούς λήψης στη Γη. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, η NASA θα μπορούσε να προσαρμόσει τους προωθητές για να ρυθμίσουν με ακρίβεια τις τροχιές των ανιχνευτών προς τους στόχους τους. (Και τα δύο σκάφη πέταξαν δίπλα στον Δία ενώ το Pioneer 11 πέρασε κοντά στον Κρόνο.)
Όσο οι ανιχνευτές είχαν καύσιμα, οι ελεγκτές αποστολής μπορούσαν να προσαρμόσουν τις ταχύτητες και τις τροχιές. Αλλά μόλις τελειώσει το καύσιμο, το ζευγάρι θα μπορούσε να κάνει πρόοδο μόνο με βάση την αδράνεια και την ορμή της σφεντόνας που παρέχεται από έναν γίγαντα αερίου.
Ήταν κατά τη διάρκεια της αδρανειακής πτήσης που άρχισαν να εμφανίζονται ανωμαλίες στις κινήσεις των δύο σκαφών. Οι μετατοπίσεις Doppler έδειξαν μια απροσδόκητη επιβράδυνση λίγο έξω από την τροχιά του Ουρανού. Σε περίπου 20 αποστάσεις Γης-Ήλιου (αστρονομικές μονάδες – ΑΕ) η NASA άρχισε να βλέπει μια «μπλε μετατόπιση» στις μεταδόσεις των ανιχνευτών. Το ζευγάρι συνέχισε «τραγουδώντας τα μπλουζ» ενώ ξεπέρασε την τροχιά του Ποσειδώνα 10 AU αργότερα. Σήμερα οι ανιχνευτές έχουν πέσει κάτω από τις αναμενόμενες θέσεις τους σε απόσταση μεγαλύτερη από τη Γη στη Σελήνη…
Οι εικασίες ως προς την αιτία της αλλαγής του μπλε πληθαίνουν. Τα ίδια τα Pioneer 10 & 11 έχουν αποκλειστεί εδώ και καιρό ως πηγή. Οι περισσότεροι σκεπτόμενοι αναφέρουν μια απροσδόκητη αύξηση της βαρυτικής έλξης προς τον Ήλιο. Κατά τη μετάδοση σημάτων πίσω στη Γη, οι ηλεκτρομαγνητικές δέσμες του σκάφους «πέφτουν» περισσότερο στο πηγάδι της βαρύτητας του ηλιακού συστήματος και αυτό το πηγάδι είναι κατά κάποιο τρόπο «πιο απότομο» από ό,τι πιστεύαμε κάποτε. Σήμερα το ζευγάρι δεν είναι τόσο μακριά στο εξερχόμενο ταξίδι του όσο αναμενόταν.
Το ερώτημα είναι: «Ποια είναι η πηγή της απροσδόκητης αύξησης της βαρύτητας που επηρεάζει τους ανιχνευτές;». Μια απάντηση βρίσκεται στη «σκοτεινή ύλη». Παραδόξως, μια άλλη βρίσκεται στη «σκοτεινή ενέργεια» - η αντίθετη δύναμη στη βαρύτητα στο Σύμπαν. Ένα τρίτο είναι στον τομέα της 'θεωρίας χορδών' (δύο τοπικές 'βράνες' - το ισοδύναμο των τοπικών 'τεκτονικών πλακών' n-διαστάσεων - μπορεί να τέμνονται στο σύστημά μας). Μια θεωρία σχετίζεται με την «οπίσθια βαρυτική έλξη» (από την αντίθετη πλευρά του Ηλιακού Συστήματος απέναντι από κάθε καθετήρα). Υπάρχει επίσης η πιθανότητα το ζευγάρι να έχει «Ηλιακές Τετραπολικές Στιγμές» ή να επιβραδύνεται από απροσδόκητο υλικό στη Ζώνη Κάιπερ έξω από τον Ουρανό.
Αλλά όταν πρόκειται για τον εντοπισμό των δραστών, μπορούμε συνήθως να λάβουμε τη συμβουλή του επιθεωρητή Louie από την ταινία Καζαμπλάνκα: «Συγκεντρώστε τους συνήθεις υπόπτους».
Και οι δύο ανιχνευτές βρίσκονται πλέον σε απόσταση μεγαλύτερη από 70 AU από τον Ήλιο - αλλά εξακολουθούν να βρίσκονται εντός της ζώνης Kuiper του ηλιακού συστήματος. Το μοτίβο επιβράδυνσής τους υποδηλώνει ότι η πηγή της ανωμαλίας είναι ευρέως διαδεδομένη και σταθερή. Σε μια εργασία της 15ης Μαρτίου 2005 με τίτλο «Πρωτοποριακή ανωμαλία: Βαρυτική έλξη λόγω της ζώνης Κάιπερ». Ο Jose A. Diego και άλλοι ερευνητές από το Ινστιτούτο Αστρονομίας του Εθνικού Αυτόνομου Πανεπιστημίου του Μεξικού γράφουν: «…δεν χρειάζεται να επικαλεστείτε όλες τις σκοτεινές δυνάμεις του Σύμπαντος στην αρχή, προσπαθήστε πρώτα να εξηγήσετε αυτό το φαινόμενο με τοπικό, καθημερινό φυσική και αν αυτό δεν είναι αρκετό, χρησιμοποιήστε βαριά μηχανήματα».
Και η καθημερινή φυσική; Γιατί η ζώνη Kuiper φυσικά! Αλλά όχι ακριβώς η ίδια παλιά ζώνη Kuiper. Για τον Jose et al, η ζώνη Kuiper ξεκινά τώρα περίπου 10 AU πιο κοντά στον Ήλιο - λίγο έξω από την τροχιά του Ουρανού - και έχει πάχος 1 AU. Η ζώνη Kuiper της ομάδας έχει αποκτήσει μάζα σχεδόν διπλάσια από αυτή της Γης - κάτι λιγότερο από δέκα φορές που είχε αρχικά προταθεί. Επιπλέον, αυτή η μάζα στρέφεται προς την τροχιά του Ουρανού. Η αύξηση της μάζας προκύπτει από το γεγονός ότι οι αρχικές εκτιμήσεις για τη συνολική μάζα της ζώνης Kuiper βασίστηκαν σε μικρά μεγέθη σωματιδίων. Συμπεριλαμβάνοντας πάγους μεγαλύτερου μεγέθους – μαζί με αέρια στη σύνθεσή του, η ομάδα πιστεύει ότι μπορεί να υπολογιστεί αρκετή μάζα για να εξηγηθεί γιατί οι ανιχνευτές επιβραδύνθηκαν και τα σήματα φέροντος μετατοπίστηκαν.
Η ομάδα συνεχίζει λέγοντας: «… είναι σημαντικό να επισημάνουμε ότι η ζώνη θα επηρεάσει επίσης την τροχιά του Ποσειδώνα…». Ουσιαστικά, οποιαδήποτε αύξηση της μάζας εντός της Ζώνης Kuiper θα έκανε τον Ποσειδώνα να σπειροειδοποιηθεί ελαφρώς πιο κοντά στον Ήλιο. Η ομάδα εκτιμά ότι το κέντρο μάζας του πλανήτη θα μετατοπιζόταν 1,62 χιλιόμετρα με κάθε πλήρη περιστροφή 164,8 τερανετών.
«Η ακτινική κατανομή πυκνότητας της μάζας που χρειάζεται για να εξηγήσει τη σταθερή επιτάχυνση προς τον Ήλιο που μετρήθηκε από τα διαστημικά σκάφη Pioneer μπορεί να εξηγηθεί από μοντέλα σχηματισμού του Ηλιακού Συστήματος». γράφει η ομάδα. Για να εξηγήσουν τη μεγαλύτερη συγκέντρωση μάζας γύρω από την τροχιά του Ουρανού, συνεχίζουν να περιγράφουν «μια μεταφορά υλικού προς τα μέσα» προς την τροχιά του Ουρανού με την πάροδο του χρόνου.
Μια άλλη πιθανή πηγή απροσδόκητης επιβράδυνσης είναι η έλξη στο σκάφος που προκαλείται από μια σταθερή ροή σωματιδίων μέσα στη ζώνη. Σε αυτό το σενάριο, η Ζώνη Kuiper θα είχε επίσης περισσότερη ύλη από ό,τι είχε αρχικά θεωρηθεί, αλλά αυτό το υλικό θα κατανεμήθηκε ομοιόμορφα (για να ληφθεί υπόψη η σταθερή απώλεια που παρατηρείται στην ορμή κάθε ανιχνευτή).
Όποια και αν είναι η τελική πηγή της επιβράδυνσης του καθετήρα, δεν υπάρχει φόβος ότι –όπως και οι τρεις πρώτοι προκάτοχοί του– το ζευγάρι θα αντιστρέψει την πορεία του και θα καεί σε οποιαδήποτε ατμόσφαιρα κοντά μας. Αυτοί οι δύο Πρωτοπόροι εξακολουθούν να προορίζονται να «εγκατασταθούν σε άγνωστη ή αζήτητη περιοχή» ως οι πρώτοι απεσταλμένοι της ανθρωπότητας στα αστέρια.
Σε σενάριο Jeff Barbour
