Ruimtesondes op reis naar verre planeten maken regelmatig zwaartekrachtslingers; een scheervlucht langs een planeet waardoor de sonde ‘gratis’ snelheid krijgt. De energie komt uit de draaibeweging van de planeet. Zo’n manoeuvre kost geen extra brandstof en is een goedkope manier om een ruimtesonde bij te sturen of te versnellen.

Gepensioneerd NASA-onderzoeker John Anderson ontdekte een verrassende afwijking van de geplande baanverandering. Met radarsignalen mat hij hoeveel snelheid zes ruimtesondes oppikten na een scheervlucht langs de aarde. Vijf van de sondes toverden ergens een minieme maar onverklaarbare snelheidswinst vandaan. In de gerenommeerde Physical Review Letters probeert Anderson de extra vaart van millimeters per seconde te verklaren.

Evenaar

Koerscorrecties in de ruimtevaart zijn een kwestie van zorgvuldig voorbereiden, voorzichtig sturen en nauwkeurig controleren; zelfs een kleine afwijking van de geplande baan kan in de loop der tijd uitgroeien tot een enorme afstand van het doelwit. NASA en ESA controleren de beweging van hun ruimtesondes daarom met radarmetingen. Zo ook bij de scheervluchten van ruimtesondes NEAR, Rosetta, Galileo en Messenger. De eerste drie, met bestemmingen van de zon af, wonnen tijdens hun zwaartekrachtsslingers langs de aarde onverwacht aan snelheid, terwijl Mercuriusverkenner Messenger geen meetbare afwijking vertoonde.

Anderson rekende de banen van de ruimtesondes door en zag dat Messenger de evenaar onder dezelfde hoek had benaderd als verlaten; bij de andere sondes verschilden die hoeken voor en na de koerswijziging. ‘Dat wijst erop dat de hoek ten opzichte van de polen, dus de draaiing van de aarde, hier iets mee te maken hebben’, peinst de onderzoeker in een interview met New Scientist.

Zijn mede-auteur Frank Jordan wist de snelheidswinst in een formule te vangen. Die voorspelt dat een veranderende hoek ten opzichte van de evenaar een extra zetje aan de langsscherende sonde geeft. De baan van Messenger maakte voor en na zijn passage een even grote hoek met de evenaar, zodat die sonde bewoog zoals de normale baanmechanica voorspelt.

De formule van Jordan is niet af te leiden uit de wetten voor de zwaartekracht en voor bewegingsleer. Het is daarmee een aardige beschrijving voor een paar waargenomen gevallen, maar zeker geen bewezen recept om alle rakelingse passages in de ruimte mee door te rekenen. De Groningse astronoom Robert Sanders zegt in New Scientist dat een fatsoenlijke theorie van die passages in ieder geval de formule van Jordan moet kunnen verklaren.

Pionier

Anderson publiceerde al in 1998 over afwijkende banen van ruimtesondes. NASA’s Pioneer 10 en 11 reizen sinds 1972 richting de rand van het zonnestelsel. Door de zwaartekracht van de zon remmen de sondes af, maar uit hun radarsignalen blijkt dat ze nét iets harder remmen dan de zwaartekracht van de zon kan verklaren. Anderson denkt dat die geheimszinnige remkracht niet wordt veroorzaakt door gaswolken, zonnewind, lekkende tanks of passerende planetoïdes. Misschien werkt de zwaartekracht wel iets anders dan altijd gedacht, of wordt de remkracht onderschat door een subtiele rekenfout.

De onderzoeker denkt dat de afwijking van de Pioneer-banen en van de andere ruimtesondes verbonden zijn; het zou wel erg opvallend zijn als er twee losstaande uitzonderingen op de bewegingsleer in het spel waren. Maar andere wetenschappers zoeken veel alledaagsere verklaringen voor het verschil tussen voorspelde en gemeten snelheid. Misschien zijn er meetfouten gemaakt, of stralen de Pioneers in de ene richting meer warmtestraling uit dan in andere – dat zou een kleine nettokracht veroorzaken.

Plannen om dat uit te zoeken met een gespecialiseerde ruimtemissie naar de rand van het zonnestelsel hebben de tekentafel nooit verlaten – het zal nog wel even duren voor het raadsel van de ruimtesondes wordt opgelost.