Je leest:

Ruimtemissie voor Pioneer-anomalie

Ruimtemissie voor Pioneer-anomalie

Auteur: | 25 november 2004

Hoe meer ze erover nadenken, hoe minder ruimtevaartexperts snappen van de Pioneer-sondes 10 en 11. Die worden door een mysterieuze kracht afgeremd. Drie NASA-wetenschappers willen de Pioneer-afwijking met een nieuwe sonde onderzoeken.

Voor een ruimtesonde met een gepland leven van 21 maanden hebben Pioneer-10 en –11 het toch aardig gedaan: na de lancering in 1972 volgden NASA-controllers de sondes op hun pad uit het zonnestelsel. Ze merkten iets eigenaardigs op: de radiosignalen van de twee sondes wonnen langzaam aan frequentie.

Die radiosignalen zijn onderhevig aan Dopplerverschuiving: hoe harder de sonde (of een ambulance) van je afreist, hoe lager de toon (of radiofrequentie) die je hoort. Als de toonhoogte ineens stijgt, is de bron langzamer gaan rijden. De Pioneers remmen allebei heel, heel lichtjes af en er is geen duidelijke oorzaak voor. Nieuwe natuurkunde?

De Pioneer-10 en 11 voelen een onverklaarde remkracht van nog geen miljardste van de aardse zwaartekracht. De extra vertraging bovenop de invloed van de zon is volgens sommige natuurkundigen onverklaarbaar zonder een nieuwe, nog onbekende kracht. bron: NASA

Het is een stevige claim, maar volgens drie Amerikaanse ruimtevaartexperts kunnen bekende verschijnselen de vertraging van 8,74 × 10-10 m/s2 (één tiende miljard keer zo zwak als de aardse zwaartekracht!) niet verklaren. De Pioneer-afwijking werd voor het eerst opgemerkt toen Pioneer-10 20 AE van de aarde was (Astronomische Eenheid: de afstand tussen aarde en zon). Sinds hun Jupiter-passage zijn de Pioneers in verschillende richtingen verder gereisd. Daarom denken ruimtevaartexperts en sterrenkundigen dat een algemeen aanwezige kracht, en niet de toevallige invloed van bijvoorbeeld één planeet of asteroïde, de remkracht veroorzaakt.

Pioneer-10 was oorspronkelijk ontworpen om Jupiter te onderzoeken. Na een reis van 21 maanden passeerde de sonde de gasreus en nam deze lage-resolutie foto. Links onderin de Rode Vlek, een permanente storm groter dan de aarde. Een jaar na Pioneer-10’s passage reisde Pioneer-11 langs Jupiter en deed metingen aan diens magnetische invloedsfeer (magnetosfeer): die bleek veel groter te zijn dan verwacht en zich zelfs tot buiten de baan van Saturnus uit te strekken. bron: NASA

Slava G. Turyshev, John D. Anderson (allebei van het Jet Propulsion Laboratory, CalTech) en Michael Martien Nieto (Los Alamos National Laboratory, Universiteit van Californië) stellen voor dat er een nieuwe sonde achter de Pioneers wordt aangestuurd. Die moet aantonen of er echt een mysterieuze nieuwe kracht aan het werk is, of dat de Pioneers door een eigenaardigheid in hun eigen ontwerp afremmen. Nieuwe natuurkunde of niet, het onderzoek zou hoe dan ook helpen bij het ontwerp van nieuwe deep space missies.

Afgeschreven verklaringen

Hoe kan een ruimtesonde zomaar afremmen? De motoren van de Pioneers zijn al tientallen jaren uitgeschakeld. De zwaartekracht van de zon en planeten is nauwkeurig bekend, net als de kracht die de zonnewind (stroom van geladen deeltjes vanuit de zon) op de sondes uitoefent. Beide Pioneers dragen Plutonium-isotopen mee als krachtbron. Bij het radioactief verval van die isotopen komt warmte vrij, die in elektrische energie wordt omgezet. Een deel van die warmte lekt het heelal in als infraroodstraling, maar ook die minieme druk van zich afzettende fotonen verklaart de Pioneer-afwijking niet. Lekkende gastanks? Goed bedacht, maar helaas. Het lijkt erop dat de Pioneers blootstaan aan een Kracht X!

Turyshev, Anderson en Nieto hebben in eerdere studies alle krachten op de Pioneers in kaart gebracht. Ze kwamen tot de conclusie dat al die krachten samen maar zo’n 12% van de Pioneer-afwijking kunnen verklaren. Met de Voyager-sondes, die nog verder van de zon af zijn dan de Pioneers, kunnen onderzoekers de minieme remkracht óók niet meten, maar dat komt doordat de Voyagers op een andere manier gestabiliseerd worden dan de Pioneers. De gyroscopen aan boord van de Voyagers houden de satellietschotels prachtig op de aarde gericht, maar veroorzaken ook kleine krachten die een eventueel Pioneer-effect maskeren.

De Voyager-1 en -2 werden in 1977 gelanceerd op weg naar Jupiter en Saturnus. Hun baan en de stand van de gasreuzen in die tijd maakte het mogelijk met een zuinig baan ook Uranus en Neptunus te bezoeken. bron: NASA / JPLKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Jammergenoeg zijn andere deep space probes als Galileo en Ulysses nog niet ver genoeg van de zon om het effect op te pikken. Sondes die op dit moment op de ontwerptafel liggen, zoals de Jupiter Icy Moons Orbiter, zijn volgens de drie niet meteen bruikbaar. Hun navigatieapparatuur is domweg niet nauwkeurig genoeg om het Pioneer-effect te meten. En dus blijft de aard van de Pioneer-afwijking onduidelijk.

De mooiste manier om de afwijking na te meten is natuurlijk met een volledig nieuwe sonde, maar Turyshev is realistisch. Een gespecialiseerde sonde zou mooi zijn, zei hij in een vraaggesprek met het blad Nature, maar een uitbreiding van bestaande sondes met speciale apparatuur is ook al mooi. “Ik geloof dat zo’n toegevoegd pakket de komende jaren met een van de aankomende missies mee zal vliegen”, zegt hij.

De banen van de Voyager en Pioneer-sondes. De heliopause is het gebied waar de geladen zonnewind verwaaid in het interstellaire gas. De Voyager-sondes zijn het verst verwijderd van de aarde, ook al vertrokken ze later (1977) dan de Pioneers (1972 en ‘73): deze sondes reizen immers sneller. In 1998 haalden de Voyagers hun collega’s in. Lichtsignalen van de aarde doet er ondertussen zo’n 10 uur over om deze sondes te bereiken! Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Pioneer-10 was oorspronkelijk ontworpen om Jupiter te onderzoeken. Na een reis van 21 maanden passeerde de sonde de gasreus en nam deze lage-resolutie foto. Links onderin de Rode Vlek, een permanente storm groter dan de aarde. Een jaar na Pioneer-10’s passage reisde Pioneer-11 langs Jupiter en deed metingen aan diens magnetische invloedsfeer (magnetosfeer): die bleek veel groter te zijn dan verwacht en zich zelfs tot buiten de baan van Saturnus uit te strekken.

In 2003 werd het contact met Pioneer-10 officieel beëindigd. De sonde, die toen op 12 miljard kilometer van de aarde was, wekt geen signaal meer op dat krachtig genoeg is om met aardse telescopen te ontcijferen. Zijn baan zal hem over twee miljoen jaar in de buurt van de rode reuzenster Aldebaran (sterrenbeeld Stier) brengen.

Literatuur

Turyshev S. G., Nieto M. M. & Anderson J. D. Arxiv, Preprint www.arxiv.org/abs/gr-qc/0409117 (2004).

Sondes in de diepe ruimte:

Overige informatie:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 november 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.