Аномалия «Пионеров» объяснена

Тигунцев С.Г.

Сейчас, я обнаружил в статье «The Study of the Pioneer Anomaly: New Data and Objectives for New Investigation» http://arxiv.org/abs/gr-qc/0512121 информацию, на которую ранее не обратил внимания: «…Radiometric tracking data from Pioneer 10 and 11 spacecraft has consistently indicated the presence of a small, anomalous, Doppler frequency drift, uniformly changing with a rate of ~6*10^{-9} Hz/s…» (Радиометрические данные полученные от Пионера 10 и 11 космических кораблей последовательно указали присутствие маленького, аномального, Допплеровского дрейфа частоты, однородно изменяющегося с нормой 6*10^{-9} Гц/с).

Проведя дополнительные расчетные исследования, получил полное подтверждение моим предположениям о причине аномалии и совпадение результатов расчетов с указанным дрейфом частоты.

Напомню, что аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» были запущены в 1972 г. для исследования Юпитера и Сатурна. Выполнив свою задачу, аппараты отправились дальше к звездам (в противоположных направлениях). Последние биты данных от «Пионера-10» были получены в начале 2003 года после более чем 30 лет непрерывной работы. В тот момент этот космический корабль находился уже в 12 миллиардах километров от Солнца. Теперь «Пионер-10», с которым уже нет связи, продолжает движение по направлению к звезде Альдебаран (красному гиганту из созвездия Тельца).

Удивление специалистов НАСА вызвал тот факт, что как только «Пионеры» миновали орбиту Урана (хотя это явление появилось ранее, но на него не обращали внимание), радиосигналы, посылаемые назад к Земле от аппаратов, стали меняться - непредсказуемо смещаться к коротковолновой (фиолетовой) части спектра. С точки зрения астронавигации это эквивалентно действию дополнительной неучтенной силы (помимо солнечной гравитации), дающей замедление и действующей по направлению к Солнцу или к Земле. До сих пор это пока еще однозначно не объясненное явление, впервые отмеченное в 1980 году, не дает покоя астрофизикам и специалистам по астронавигации.

Указанный эффект, конечно, кажется мелочью - он в 10 миллиардов раз меньше, чем ускорение, которое мы испытываем со стороны гравитационного поля Земли. В качестве объяснений загадочного явления могли бы стать, например, утечка остатков газообразного топлива из двигателей малой тяги, торможение на частицах космической пыли, асимметричное инфракрасное излучение от небольших неостывших выносных ядерных реакторов (RTGs), установленных на борту «Пионеров» и т.д. Однако часть ученых задается вопросом, не может ли аномалия «Пионеров» порождаться некими до сих пор неизвестные факторами, которые действуют лишь за пределами Солнечной системы. Рассматривались даже модели с привлечением антиматерии, темного вещества и темной энергии.

Многие физики пытаются объяснить данное явление. Так Кьелл Танген (Kjell Tangen), физик, работающий в фирме DNV (Норвегия), всесторонне проанализировал создавшуюся ситуацию и пришел к выводу, что ни одна из известных модификаций закона гравитации не в силах описать аномалию, поскольку одновременно с этим требуется правильно описывать поведение внешних планет Солнечной системы (публикация соответствующей статьи предполагается в научном журнале Physical Review D, а пока с ней можно ознакомиться на сайте arXiv.org). При изменении гравитационной составляющей теми способами, которые обеспечивали бы объяснение аномалии «Пионеров», Танген неизбежно получал неправильные результаты для описания движения Урана и Плутона (Нептун в этом смысле оказался исключением).

Существует, впрочем, мнение, что ради объяснения новонайденного эффекта можно было бы пожертвовать и чем-то большим - например, одной из основ Общей теории относительности Эйнштейна - принципом эквивалентности, на который Танген в своих расчетах вовсе не покушался. Как вариант: объекты, на которые действует сила гравитации, согласно так называемой "теории модифицированной инерции" (modified inertia), могут ускоряться по-разному в зависимости от своих прошлых траекторий…

Определенная надежда на то, что загадка «Пионеров» будет, наконец, разгадана, связана с работой группы Вячеслава Турышева, выпускника Физфака МГУ, работающего ныне в Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA в Пасадене. Сравнительно недавно удалось получить чудом сохранившиеся дополнительные данные от «Пионеров», которые ранее были недоступны из-за архаичных форматов файлов и информационных носителей. Теперь идет тщательный анализ этих данных, включающих информацию о работе «начинки» автоматических станций, в том числе и о температурном режиме «основных подозреваемых» - RTGs. Кроме того, в распоряжении группы попала хранившаяся в музее копия аппаратов-двойников - третий «Пионер», оставленный на Земле после предполетных тестов, позволивших отобрать самые качественные детали для космоса.

В докладе, прочитанном Вячеславом Турышевым в феврале 2007 года в рамках конференции «Сагитовские чтения – 2007» (ГАИШ), оговаривалась возможность того, что новые данные позволят уточнить направление ускорения, испытываемого аппаратами. Если оно направлено не к Солнцу, а к Земле, то можно будет говорить об эффектах, связанных исключительно с приемной аппаратурой.

Результаты своих теоретических исследований я направлял В. Турышеву, однако от дискуссии он отказался, хотя прислал ссылки на все свои статьи по этой тематики с предложением разбираться самому.

Интересно, что само обнаружение аномалии стало возможным практически случайно, благодаря особой упрощенной конструкции системы ориентации «Пионеров» (повторяющей получаемый с Земли сигнал), а вот более совершенные «Вояджеры», «Кассини» и «Новые горизонты», которые вслед за «Пионерами» также отправились в далекий путь, по сути, не могут ЯКОБЫ ни подтвердить, ни опровергнуть результаты «Пионеров».

Напомню, что в основе моих исследований лежит гипотеза всемирного тяготения, обусловленного эфиром, который является светонесущей средой (http://new-idea.kulichki.net/pubfiles/100114103917.doc ).

В настоящее время я провел уточненные расчеты, в которых в соответствие с гипотезой радиоволна получает дополнительную скорость под воздействием гравитации Солнца. Следует отметить, что для удаленных космических аппаратов получаем ситуацию полностью идентичную той, которая воспроизведена в опытах Паунда-Ребки. Поэтому используем алгоритм, аналогичный тому, который использовался при анализе опытов Паунда-Ребки. Разбиваем весь путь радиоволны от космического аппарата с последнего сеанса связи (80 а.е.) до Земли (здесь расположен приемник) на определенное число участков. Находим время, за которое радиоволна проходит данный участок. Находим величину ускорения свободного падения на каждом участке по известной формуле. Находим приращение скорости радиоволны, обусловленное гравитацией Солнца на этом участке. Находим суммарное приращение скорости радиоволны на всем пути её следования от космического аппарата до Земли.

Получены результаты изменения приращения скорости в зависимости от расстояния (показано от 5 а.е. до 50 а.е.), с которого испущен радиоволна, показанные на графике на рис1. (вертикальная ось – в см/с, горизонтальная ось в а.е.). Показано для случая, когда аппарат, Земля и Солнце находятся на одной линии, если Солнце находится в стороне от этой линии, то приращения скорости будут меньше, т.е. должны наблюдаться небольшие колебания параметра при движении Земли по орбите.

Приращение скорости радиоволны создает дополнительное (к красному доплеровскому смещению, обусловленному движением космического аппарата от наблюдателя) смещение (фиолетовое, т.е. Z со знаком «-») в излучении космического аппарата, принятом на Земле, (Рис.2) в соответствие с выражением:

Z=(Co-C’)/C’;

где: Co=299792458 м/с, C’=Со+dV .

Рис.1.

Рис. 2

Космические аппараты за примерно 8 лет пути начиная от орбиты Сатурна (примерно 10 а.е.) обеспечили при дрейфе частоты 6*10^-9 Гц/с прирост частоты, регистрируемой приемниками, примерно 1,5 Гц (8*365*24*3600*6*10^-9=1,514 Гц).

Т.о. на участке от орбиты Сатурна до достижения расстояния 38 а.е. регистрируемая на приемнике частота увеличилась на 1,519 Гц (т.е. 20,265-18,746=1,519), (зафиксировано приборами 1,514 Гц).

Изменение приращения скорости за это время составило 0,207 м/с (2,761-2,554=0,207, т.е. на расстоянии 38 а.е. приращение скорости радиоволны составляет 2,761 м/с, а на 10 а.е. – 2,554 м/с). Изменение приращения скорости соответствует изменению фиолетового смещения на 6,9*10^-10 (т.е. 0,207/299792458=6,9*10^-10) .

В этом случае на приемнике будет наблюдаться изменение частоты за 8 лет:

f’=fo*(1/(1+Z))=22000000000*(1/(1-6,9*10^-10)=2200000001,519 Гц

Т.е. получили, что на участке от 10 а.е. до 38 а.е. частота, регистрируемая на приемнике, увеличилась на 1,519 Гц и это увеличение обусловлено изменением приращения скорости радиоволны на 0,207 м/с.

При этом следует помнить, что измерения дрейфа частоты аппаратов производились эпизодически и величина 6*10^-9 является некоторой усредненной величиной.

На самом деле по предложенной методике с учетом движения Земли по орбите можно достаточно точно рассчитать уход частоты для любого космического аппарата, двигающегося от Солнца к границе Солнечной системы.

В настоящее время есть аппараты, которые находятся далеко от Солнца – достаточно измерить фиолетовое смещение в их радиосигналах, чтобы убедиться в правильности моих исследований.

Выводы: