НАСА может погубить ключ к секрету "Пионера"

Наука
мобильная версия
Неожиданное решение NASA о прекращении финансирования группы, исследующей эффект аномального торможения космического зонда «Пионер», и демонтаже единственной вычислительной машины, еще способной обрабатывать данные на старых магнитных носителях, угрожает потерей бесценных данных, позволяющих разгадать одну из наиболее интригующих тайн современной астрономии.

«Аномалия „Пионера“» была неожиданно обнаружена в ходе поисков гипотетической 10-й планеты Солнечной системы за пределами орбиты Плутона, которые вело NASA с помощью космического зонда «Пионер 10». В 1973 году он, окончив исследование Юпитера, направился в глубокий космос, в направлении звезды Альдебаран в созвездии Тельца. Несмотря на окончание основной миссии, было решено и в дальнейшем использовать данные мониторинга его траектории для обнаружения гипотетической планеты на окраине Солнечной системы, которая, как предполагалось ранее, оказывает влияние на необъяснимые в аналитических теориях аномалии орбит Урана и Нептуна. Однако в 1993 г., после построения новой численной теории движения планет с привлечением более точных наблюдений, а также корректного учета возмущений от Плутона и астероидов пояса Койпера, оказалось, что орбиты этих двух планет согласуются с теорией, и эта часть вопроса была закрыта.

Между тем в 1980 г., когда «Пионер 10» был уже на расстоянии 20 астрономических единиц от Солнца, анализ все же показал аномалию его траектории, которая, вопреки ожиданиям, оказалась эффектом совершенно другого рода. В тот момент, когда влияние основного негравитационного компонента — давления солнечного ветра на движение аппарата стало пренебрежительно мало, было обнаружено обратное ускорение, которое не описывается общепринятыми уравнениями движения небесных тел в космическом пространстве. Даже за пределами Солнечной системы, где гравитационное притяжение Солнца и планет ничтожно, обратное ускорение аппарата по величине остается таким же, как и 20 лет назад. Впоследствии оказалось, что в траектории движения последовавшего за ним «Пионера 11» был обнаружен аналогичный эффект торможения, получивший название «аномалия »Пионера"".

В современной космической навигации контроль скорости аппаратов осуществляется при помощи измерения доплеровского смещения частоты радиосигнала, посылаемого в направлении к аппарату и принимаемого от него обратно. Расстояние оценивается благодаря тому, что радиосигнал модулируется короткими импульсами более низкой частоты через определенные интервалы, время прихода обратно которых регистрируется с точностью до миллионных долей секунды, так как этот процесс контролируется атомными стандартами частоты. Мгновенные значения скорости и расстояния являются исходными данными для моделирования траектории аппарата при помощи программ численного интегрирования с учетом окружающих его тел — Солнца, планет, астероидов. Несовпадение измеренного доплеровского смещения с прогнозируемым на основании теоретических расчетов и представляет собой явление «аномалии „Пионера“», означающее, что или на движение аппарата оказывают влияние эффекты, не связанные с гравитацией, или существует какая-то систематическая ошибка в анализе радиосигналов, или же механические уравнения движения небесных тел, основанные на постньютоновской теории гравитации, имеют какой-то скрытый изъян.

Сразу после обнаружения аномалии в Лаборатории реактивного движения NASA (Jet Propulsion Laboratory, JPL) была создана группа экспертов под руководством Джона Андерсона (John Anderson) с целью определить источник аномалии. Принимая во внимание тот факт, что аномальное торможение не зависит ни от времени, ни от положения в пространстве, за прошедшее время группа оценила величину всех возможных источников постоянного негравитационного воздействия на аппарат — таких как утечка газа, тормозной эффект космической пыли, неравномерное распространение тепла в самом космическом аппарате, импульс отдачи от радиосигналов, посылаемых по направлению к Земле. Однако даже после учета всех факторов аномалия не исчезла. Более того, оказалось, что в движении и других исследовательских аппаратов, запущенных позднее во внешние части Солнечной системы, — «Галилео», «Кассини», «Улисс» — присутствует тот же эффект торможения, а значит, источником аномалии, скорее всего, являются не технические аспекты, имеющие отношение к конкретному аппарату. В настоящий момент члены группы склоняются к мнению о том, что причину следует искать в направлениях, связанных с так называемой «новой физикой». Такой вывод следует из численной оценки величины обратного ускорения космических аппаратов. Она представляет собой частное от деления скорости света на постоянную Хаббла, которая описывает скорость космологического расширения Вселенной. Отсюда следует, что аномалии в движении тел Солнечной системы, возможно, являются частным проявлением фундаментальных процессов космологического масштаба.

В настоящий момент рассматриваются несколько гипотез, в рамках которых дается объяснение «аномалии „Пионера“». Две из них заслуживают особого внимания. Так, Мордехай Милгром (Mordehai Milgrom) полагает, что на больших расстояниях сила притяжения небесных тел убывает не пропорционально квадрату расстояния, как в законе Ньютона, а пропорционально первой степени расстояния. В результате уравнения движения, основанные на ньютоновской физике, «работают» недостаточно корректно, что и приводит к рассогласованию прогнозируемой и измеренной скорости движения. Автор второй теории (Scale Expanding Cosmos theory, SEC), независимый космолог из Редмонда, штат Вашингтон, Карл Йохан Марелье (Carl Johan Masreliez), считает источником аномалии гипотетическое явление изменения масштаба Вселенной в четырех измерениях, включая также и время. Его теория представляет собой один из вариантов модели стационарной Вселенной, отрицающей акт творения и реальность разбегания галактик. То, что в стандартной космологической модели считается возрастом Вселенной (13,4 млрд. лет), в SEC является универсальной мировой константой, определяющей темп экспоненциального изменения космического масштаба, который он называет пятым, «скрытым» измерением. Непосредственным следствием такой картины мира является, так же как и в теории Милгрома, нарушение первого закона Ньютона, приводящее к явлению космологического торможения (cosmic drag). Отрицательное ускорение космических аппаратов, по мнению ученого, это эффект несоответствия стандартных уравнений движения небесных тел, основанных на постньютоновской теории пространства-времени, метрике реального мира, который непрерывно меняет свой масштаб. Статья на эту тему принята к публикации в журнале Astrophysics and Space Science.

Большинство членов мирового научного сообщества понимают важность продолжения работ по разгадке тайны «аномалии „Пионера“». Однако, как сообщает New Scientist, совершенно неожиданно в этом году NASA прекратило финансирование группы Джона Андерсона. Несмотря на то что аномалия была обнаружена в 1980 г., в настоящий момент группа располагает полными данными мониторинга траектории только с 1987 по 1995 гг. Большая часть данных до 1987 г. до сих пор содержится на сотнях магнитных лент, сложенных где-то под лестницей в Лаборатории реактивного движения. Именно они, по мнению Андерсона, и являются наиболее важными для решения проблемы, так как оба «Пионера» тогда находились на расстояниях от 10 до 40 астрономических единиц в непосредственном окружении большинства наиболее массивных планет. Одновременно с прекращением финансирования NASA в ближайшие месяцы будет демонтировать и единственный компьютер старого образца, при помощи которого можно прочитать ленты и сохранить данные на современных носителях информации.

Существующее на пожертвования любителей астрономии Планетарное общество США, в довершение ко всему только что потерявшее космический парусник при его запуске с помощью российской ракеты «Волна», решило взять на себя ответственность за решение загадки «аномалии „Пионера“» и будет продолжать финансирование научной группы. Даже если решение проблемы и не будет связано с очередной революцией в физике, очевидно, что оно окажет влияние на улучшение навигации космических аппаратов в дальнем космосе.