Afbeelding tegoed: NASA
In de ecologie is een pionier een "soort die zich vestigt in een voorheen kale omgeving". Onder de mensen vestigen pioniers zich 'in onbekend of niet opgeëist gebied'. Onder astrofielen was Pioneer onze eerste poging om het zonnestelsel te onderzoeken. Maar het lijkt erop dat NASA's dubbele pioniersinspanningen nu minder vooruitgang hebben geboekt in de richting van de sterren dan verwacht en de vraag is "waarom?".
Bij het ontwerpen van een NASA worden aannames gedaan over de werkomgeving van het vaartuig. Aanvankelijk maakte NASA zich grote zorgen over het sturen van de twee Pioneer-sondes door de asteroïdengordel - tenslotte konden al die grote exemplaren vergezeld worden door heel veel kleintjes!
Ondertussen moet NASA een vliegroute plannen om het vaartuig te brengen waar het heen gaat. Op basis van route, missielading en andere vereisten moet voldoende stuwkracht worden geleverd om de benodigde lift te bieden. De grote factor die de stuwkracht beïnvloedt, is de zwaartekracht - hoe meer je hebt, hoe meer stuwkracht je nodig hebt.
Een van de ingenieuze dingen aan Pioneer 10 en 11 was de keuze van NASA om het paar uit te rusten met tweerichtingscommunicatie die gevoelig is voor dopplerverschuivingen. Op basis van frequentieverschuivingen kon NASA de snelheid van het vaartuig bepalen in verhouding tot de ontvangende stations op aarde. Met behulp van deze gegevens kon NASA stuwraketten aanpassen om sondetrajecten af te stemmen op hun doelen. (Beide toestellen vlogen langs Jupiter terwijl Pioneer 11 een pass maakte in de buurt van Saturnus.)
Zolang de sondes brandstof hadden, konden missiecontrollers snelheden en trajecten aanpassen. Maar eenmaal zonder brandstof kon het paar alleen vooruitgang boeken op basis van inertie en katapult-momentum geleverd door een gasreus.
Het was tijdens de traagheidsvlucht dat afwijkingen in de bewegingen van de twee vaartuigen zichtbaar werden. Dopplerverschuivingen vertoonden een onverwachte vertraging net buiten de baan van Uranus. Op ongeveer 20 afstanden van de aarde en de zon (astronomische eenheden - AU's) begon NASA een "blauwe verschuiving" te zien in sondetransmissies. Het paar bleef 'de blues zingen' terwijl ze de baan van Neptunus 10 AU's later overtrof. Tegenwoordig hebben de sondes hun verwachte locaties niet bereikt op een grotere afstand dan de aarde tot de maan ...
Er is veel gespeculeerd over de oorzaak van de blauwe verschuiving. Pioneer 10 & 11 zelf zijn lange tijd uitgesloten als bron. De meeste denkers noemen een onverwachte toename van de zwaartekracht naar de zon toe. Bij het terugzenden van signalen naar de aarde, 'vallen' de elektromagnetische stralen van het vaartuig verder in de zwaartekracht van het zonnestelsel en die put is op de een of andere manier 'steiler' dan ooit werd gedacht. Tegenwoordig zijn het paar niet zo ver op hun heenreis als verwacht.
De vraag is: "Wat is de bron van de onverwachte toename van de zwaartekracht die de sondes beïnvloedt?". Een antwoord ligt in "donkere materie". Vreemd genoeg ligt een ander in "donkere energie" - de tegengestelde kracht tegen de zwaartekracht in het heelal. Een derde bevindt zich in het domein van de 'snaartheorie' (twee lokale 'branen' - het equivalent van lokale n-dimensionale 'tektonische platen' - kunnen elkaar kruisen in ons systeem). Een theorie heeft betrekking op "terug-zwaartekracht" (vanaf de andere kant van het zonnestelsel tegenover elke sonde). Het is ook mogelijk dat het paar “Solar Quadrupolar Moments” heeft of wordt vertraagd door onverwacht materiaal in de Kuipergordel buiten Uranus.
Maar als het gaat om het opruimen van de daders, kunnen we meestal het advies van inspecteur Louie uit de film Casablanca overnemen: 'Verzamel de gebruikelijke verdachten.'
Beide sondes zijn nu meer dan 70 AU verwijderd van de zon - maar nog steeds binnen de Kuipergordel van het zonnestelsel. Hun vertragingspatroon suggereert dat de oorzaak van de afwijking wijdverbreid en constant is. In een paper van 15 maart 2005 getiteld "Pioneer anomaly: Gravitational pull due to the Kuiper belt". Jose A. Diego en andere onderzoekers van het Institute of Astronomy van de National Autonomous University of Mexico schrijven: “… het is niet nodig om in het begin alle duistere krachten van het heelal op te roepen, probeer eerst dit fenomeen uit te leggen met lokale, alledaagse natuurkunde en als dit niet genoeg is, gebruik dan zware machines. ”
En de alledaagse fysica? Waarom de Kuipergordel natuurlijk! Maar niet precies dezelfde oude Kuipergordel. Voor Jose et al. Begint de Kuipergordel nu ongeveer 10AU's dichter bij de zon - net buiten de baan van Uranus - en heeft een dikte van 1 AU. De Kuipergordel van het team heeft massa gewonnen tot bijna tweemaal die van de aarde - iets minder dan tien keer oorspronkelijk voorgesteld. Bovendien is die massa gericht op de baan van Uranus. De toename van de massa komt voort uit het feit dat de oorspronkelijke schattingen van de totale Kuipergordel-massa waren gebaseerd op kleine deeltjesgroottes. Door ijsjes van grotere omvang op te nemen - samen met gassen in zijn samenstelling, gelooft de groep dat er voldoende massa kan worden verklaard om uit te leggen waarom de sondes zijn vertraagd en dragersignalen zijn verschoven.
Het team zegt verder: "... het is belangrijk om erop te wijzen dat de gordel ook de baan van Neptunus zou beïnvloeden ...". In feite zou elke toename van massa binnen de Kuipergordel ervoor zorgen dat Neptunus iets dichter bij de zon zou draaien. Het team schat dat het zwaartepunt van de planeet bij elke volledige omwenteling van 164,8 terran-jaren 1,62 kilometer zou verschuiven.
"De radiale dichtheidsverdeling van massa die nodig is om de constante versnelling naar de zon te verklaren, gemeten door de Pioneer ruimtevaartuigen, kan worden verklaard door modellen van de vorming van het zonnestelsel." schrijft het team. Om de grotere massaconcentratie rond de baan van Uranus te verklaren, beschrijven ze 'een binnenwaarts transport van materiaal' naar de baan van Uranus in de tijd.
Een andere mogelijke bron van onverwachte vertraging is het slepen van het vaartuig, veroorzaakt door een gestage stroom deeltjes in de riem. In dit scenario zou de Kuipergordel ook meer materie hebben dan aanvankelijk werd gedacht, maar dat materiaal zou gelijkmatig worden verdeeld (om rekening te houden met het constante verlies dat wordt waargenomen in het momentum van elke sonde).
Wat de uiteindelijke bron van de vertraging van de sonde ook is, er is geen angst dat het paar, net als zijn drie vroegste voorgangers, van koers zal veranderen en zal verbranden in elke atmosfeer bij ons in de buurt. Deze twee pioniers zijn nog steeds voorbestemd om 'zich te vestigen in onbekend of niet opgeëist gebied' als de eerste afgezanten van de mensheid naar de sterren.
Geschreven door Jeff Barbour
