Anomalia sond PionierCzy winne jest światło?

Festiwal Naukiw Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

16 września 2006

•Program badania Układu Słonecznego•Lata 1958-1978, 20 sond•Pierwsze misje: w kierunku Księżyca, między orbitą Ziemi a Wenus, pomiary promieniowania Słońca

Sondy kosmiczne Pionier

Najsłynniejsze: Pionier 10 i 11•Badanie zewnętrznych planet: Jowisza i Saturna•Pierwsze sztuczne obiekty, które opuściły Układ Słoneczny

Pionier 10 i 11

Gdzie teraz jest Pionier 10?

90 razy dalej od Słońca niż Ziemia, światło przebywa tę odległośćw ponad 12 godzin

Za ok. 2 mln latdotrze do

Aldebarana...

...z tabliczką- listem do kosmitów

Anomalia sond PionierPrzed wystrzeleniem sondy kosmicznej oblicza się jej przewidywaną orbitę, uwzględniając m.in.:•tory planet

•przyciąganie grawitacyjne•efekty relatywistyczne...

?

Można następnie porównać przewidywane położenie i prędkość z rzeczywistym.W przypadku sond Pionier nie zgadza się!Pomiary wykazują, że sondy są hamowanepewną niewielką, nie przewidzianą siłą!

Jak mierzyć prędkość sondy?Do bardzo dokładnego mierzenia prędkości Pioniera wykorzystuje się efekt Dopplera. Wysokość dźwięku zależy od prędkości jego źródła:

v

Wyższy dźwiękNiższy dźwięk

Podobnie jest dla fal radiowych:

Anomalia sond Pionier (2)Można obliczyć, o ile powinna zmienić się częstość sygnału radiowego po przesłaniu go do sondy i z powrotem...

... a następnie porównać tę częstość z wynikiem obserwacji.

Wykres pochodzi z pracy Indication, from Pioneer 10/11..., J.D. Anderson i in.

Gdzie tkwi błąd?

Tego nikt nie wie!!!

Czy winne jest światło?Pierwsza z możliwości: za anomalię odpowiada jakiś „klasyczny” efekt, którego nie wzięliśmy pod uwagę:•nieznane, niewidoczne obiekty w Układzie Słonecznym

Być może winne jest światło, dokładniej: fale radiowe, którymi mierzymy prędkość.

•pył międzyplanetarny, hamujący sondę•rozszerzanie się Wszechświata•...

A może nowe prawa fizyki?Skoro nie udaje się wyjaśnić anomalii Pioniera w obrębie znanych zjawisk, to może jesteśmy na tropie nowych praw fizyki?

Zmieńmy teorię

względności!

Teoria strun!

Pole skalarne

!Zmodyfikowana grawitacja!

Ciemnamateria!

Pierwsza planeta odkryta na podstawie matematycznych przewidywań:

Odkrycie Neptuna

Zaburzenia ruchu Urana udało się wyjaśnić w ramach znanej fizyki;

ich badanie doprowadziło do odkrycia nowej planety.

•tablice ruchu Urana•obserwacje Urana pokazały rozbieżność z tablicami•okazało się, że ruch Urana zaburza inna, nieznana planeta

Promieniowanie cieplneRozgrzane ciała świecą w różny sposób w zależności od temperatury.

Długość fali

Natężenie Klasyczna teoriaDoświadczenie

W tym przypadku badanie rozbieżności między teorią a doświadczeniem doprowadziło do mechaniki kwantowej,nowej teorii fizycznej.

Co dalej z anomalią Pioniera?Dokładne zbadanie anomalii sond Pionier może nas doprowadzić do lepszego zrozumienia znanych zjawisk fizycznych...

... a może nawet do odkrycia nowych praw fizyki!

Dlatego warto przyjrzeć się temu zjawisku dokładnie!

Plany na przyszłość

Ilustracja pochodzi z pracy A mission to explore the Pioneer anomaly, H. Dittus i in.