Επισημάνθηκαν ανωμαλίες κατά την πτήση διαστημικών σκαφών, θα μπορούσε η αλλαγή της τροχιάς να οφείλεται σε μια μυστηριώδη δύναμη;

Πηγή: Nature, 5 Μαρτίου 2008

Η ταχύτητα και η κατεύθυνση μερικών διαστημικών σκαφών αλλάζουν μυστηριωδώς καθώς περνούν κοντά στη Γη. Αυτή η ανεξήγητη μετατόπιση της ταχύτητας υπαινίσσεται ότι υπάρχει είτε κάτι που χάνει από τα σημερινά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τη διαστημική ναυσιπλοΐα, είτε, ενδεχομένως, κάτι λείπει από τη φυσική που ξέρουμε.

Το Rosetta είναι μεταξύ των σκαφών που τους δόθηκε μια παράξενη ώση στην τροχιά τους μετά από τη Γη

Μια ομάδα από το Jet Propulsion Laboratory της NASA (JPL) ανέλυσε έξι διαστημικές πτήσεις κοντά στη Γη, που έγιναν από 5 διαφορετικά διαστημικά σκάφη μεταξύ του 1990 και 2005. Υπεύθυνοι της αποστολής οργάνωσαν αυτές τις πτήσεις προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η γήινη βαρύτητα ως 'βαρυτική σφεντόνα', στέλνοντας τα διαστημικά σκάφη προς άλλες κατευθύνσεις μέσα στο ηλιακό σύστημα.

Αναμεταδότες πάνω στα σκάφη καθώς και όργανα στο έδαφος χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν τη ταχύτητα τους, καθώς αυτά αφήνουν πίσω τους τη Γη. Στις πέντε από έξι περιπτώσεις που μελετήθηκαν, αυτή η ταχύτητα ήταν ανεξήγητα πιο μεγάλη ή πιο αργή από όσο αναμενόταν μόλις το σκάφος πέρασε το σημείο της πιο στενής προσέγγισης του με τη Γη.

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στο Physical Review Letters

Σε κάθε περίπτωση η αλλαγή στην ταχύτητα ήταν της τάξης λίγων χιλιοστών ανά δευτερόλεπτο: ένα μικροσκοπικό μέρος της τυπικής ταχύτητας των σκαφών που είναι μερικά χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, αλλά αρκετά μεγάλο και πάνω από τα περιθώρια του λάθους για τις μετρήσεις, λέει ο John Anderson, ένας αστρονόμος που τώρα δουλεύει στο JPL, που ήταν επικεφαλής της μελέτης. "Είναι μικρό, αλλά μπορείτε να το δείτε καθαρά στα στοιχεία," συμπλήρωσε.

Παράξενη έλξη

Μάλιστα δεν είναι η πρώτη φορά που ο Anderson έχει επισημάνει μια παράξενη ανωμαλία στην ταχύτητα των διαστημικών σκαφών. Μια προηγούμενη ανάλυση των διαστημικών σκαφών Pioneer 10 και 11, που είναι τώρα μεταξύ των πιο μακρινών αντικειμένων στο ηλιακό μας σύστημα, έδειξε ότι και τα δύο φάνηκαν ανεξήγητα να επιταχύνονταν προς το εξωτερικό μέρος του ηλιακού συστήματος. Μερικοί θεωρούν ότι αυτή η "ανωμαλία των Pioneer" ίσως να οφείλεται σε μια μέχρι τώρα άγνωστη πτυχή της βαρύτητας, ενώ άλλοι υποψιάζονται ότι η παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος στα σκάφη μπορεί να είναι πίσω από το πρόβλημα.

Ο Anderson πιστεύει ότι μπορεί να υπάρχει μια σχέση μεταξύ των νέων πτητικών στοιχείων και της προηγούμενης εργασίας του για τους Pioneer. "Σκέφτομαι ότι συνδέονται," λέει. "Οι ανωμαλίες όπως αυτή δεν συμβαίνουν συχνά."

Ο Anderson με την ομάδα του έφτιαξαν μια μαθηματική φόρμουλα που με επιτυχία αναπαράγει όλα τα γνωστά περιστατικά του φαινομένου, και υποψιάζονται ότι η γήινη ιδιοπεριστροφή μπορεί κάπως να είναι υπεύθυνη.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν αρχικά ότι κάτι συνέβαινε στην κίνηση των διαστημικών σκαφών όταν περνούσαν κοντά στη Γη,  όταν πέταξε το διαστημικό σκάφος Γαλιλαίος (Galileo) από τον πλανήτη μας το 1990 για να πάρει μια ώθηση από τη βαρύτητα του πλανήτη μας. Η ταχύτητα του Γαλιλαίου αναμενόταν να ήταν λόγω του φαινομένου της βαρυτικής σφεντόνας (όπως λέγεται) αρκετά χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, αλλά η ραδιοπαρατήρηση του διαστημικού σκάφους βρήκε ότι η ώθηση ήταν ελαφρώς μεγαλύτερη από την αναμενόμενη, περίπου 4 χιλιοστά το δευτερόλεπτο.

Αν και το μέγεθος αυτής της πρόσθετης ώθησης είναι μικρή, είναι πάνω από 10 φορές μεγαλύτερη από ό,τι μπορεί να προέρχεται από τα λάθη στη μέτρηση, από ραδιο-παρατηρητήρια στη Γη και άλλες γνωστές πηγές επίδρασης, όπως το αέριο που δραπετεύει από το διαστημικό σκάφος.

Αλλά πώς μπόρεσε η γήινη ιδιοπεριστροφή να επηρεάσει τις τροχιές του διαστημικού σκάφους; Μία πιθανότητα που η ομάδα ερεύνησε προέρχεται από τη Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν, η οποία προβλέπει ότι τα περιστρεφόμενα αντικείμενα διαστρεβλώνουν τον ιστό του διαστήματος γύρω από αυτά. Αυτή η επίδραση θα μπορούσε σε γενικές γραμμές να επηρεάσει την τροχιά των αντικειμένων κοντά σε ένα περιστρεφόμενο σώμα, όπως είναι η Γη, αλλά οι υπολογισμοί της ομάδας παρουσιάζουν ότι θα ήταν μια πάρα πολύ αδύνατη επίδραση για να εξηγήσει τις ανωμαλίες των διαστημοπλοίων κοντά στη Γη.

Ακόμα κι αν η ομάδα δεν έχει βρει μια φυσική εξήγηση, η φόρμουλα θα μπορούσε να είναι σημαντικό βήμα, επειδή δίνει στους φυσικούς κάτι χειροπιαστό για να μελετήσουν, λέει ο φυσικός Robert Sanders του πανεπιστημίου του Γκρόνινγκεν στην Ολλανδία.

Ο Sanders υποστηρίζει ότι η ανωμαλία μπορεί να είναι ένα σημάδι ότι η θεωρία της βαρύτητας, η γενική θεωρία της σχετικότητας, πρέπει να αλλαχτεί. "Η ανωμαλία μας λέει ότι μπορούμε να ξέρουμε λιγότερα για τη βαρύτητα από όσο νομίζουμε," λέει. "Σκέφτομαι ότι οι άνθρωποι πρέπει να την αντιμετωπίσουμε σοβαρά."

Θα μπορούσε λοιπόν ανωμαλία των πτήσεων κοντά στη Γη να συνδεθεί έστω και λίγο με την ανωμαλία των δύο Pioneer; Αν και δεν υπάρχει καμία απόδειξη μιας τέτοιας σύνδεσης, ο Άντερσον λέει ότι θα εκπλησσόταν εάν η ραδιο-ανίχνευση του διαστημικού σκάφους είχε αποκαλύψει δύο απολύτως ανεξάρτητες ανωμαλίες. "Υποπτεύομαι πως συνδέονται κάπως," λέει.

Οι περισσότεροι όμως είναι δύσπιστοι για το πρόβλημα και πιστεύουν ότι πιθανόν να οφείλεται σε ανθρώπινο λάθος, ή σε κάτι άλλο συνηθισμένο που δεν περιλαμβάνεται ακόμα στο μοντέλο. Δεν πιστεύουν δηλαδή ότι περιλαμβάνεται οποιαδήποτε νέα φυσική σε κάθε ανωμαλία. Παραδείγματος χάριν, μερικοί επιστήμονες υποψιάζονται ότι η ανώμαλη ακτινοβολία της θερμότητας προς διαφορετικές κατευθύνσεις από το διαστημικό σκάφος των δύο Πρωτοπόρων τους δίνει μια μικρή ώθηση που δεν έχει υπολογιστεί.

Χώρος για λάθος

Ο Trevor Morley, μηχανικός της ESA στο Ντάρμσταντ, λέει ότι οι χαμηλές πτήσεις (κοντά στη Γη) υπολογίζονται χρησιμοποιώντας λεπτομερή πρότυπα που πρέπει να ενσωματώνουν πολλά φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένου και της έλξης άλλων πλανητών, σχετικιστικά αποτελέσματα (αλλαγές στον χρόνο και στο μήκος για τα αντικείμενα που ταξιδεύουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός), και την πίεση της ακτινοβολίας του φωτός από τον ήλιο που χτυπά το σκάφος. Θα μπορούσε επίσης να οφείλεται σε λανθασμένη επεξεργασία των δεδομένων τηλεμετρίας ή μπορεί να οφείλεται σε κάτι που λείπει από τις εξισώσεις.

Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν την ταχύτητα του σκάφους απαιτεί, επίσης, σύνθετη επεξεργασία για να ερμηνευτούν. Έτσι οι αλλαγές θα μπορούσαν να έχουν ένα λάθος, που θάφτηκε βαθιά στη δυναμική ή στη μοντελοποίηση του σήματος", λέει ο Morley.

Ο Morley, που διευθύνει τη ναυσιπλοΐα ενός από τα διαστημικά σκάφη που επηρεάστηκαν - την αποστολή στον κομήτη Rosetta - λέει ότι η ομάδα του ήταν ανήμπορη μέχρι τώρα να βρει την πηγή της αλλαγής της ταχύτητας του σκάφους. "Ξύσαμε τα κεφάλια μας για πολύ καιρό, αλλά στο κάτω κάτω της γραφής δεν είναι και τόσο υψηλή προτεραιότητα: η μετατόπιση της ταχύτητας ήταν πάρα πολύ μικρή για να απαιτεί μια συνεχής διόρθωση. Είναι απόλυτα μικρή," καταλήγει.