Просмотр кода страницы Эффект «Пионера»

[[Файл:72408main ACD97-0036-1.jpg|thumb|right|300px|Иллюстрация выхода космических аппаратов за пределы Солнечной системы]]
'''Эффект «Пионера»''' ('''эффект «Пионеров»''', '''аномалия «Пионеров»''') — наблюдаемое отклонение в траектории движения различных [[космический аппарат|космических аппаратов]] от ожидаемой (рассчитанной по [[Постньютоновский формализм|текущей модели движения космических тел]]). Эффект был обнаружен при наблюдении за первыми космическими аппаратами, достигшими внешних пределов [[Солнечная система|Солнечной системы]] (преодолевших орбиту [[Плутон (планета)|Плутона]]), — «[[Пионер-10]]» и «[[Пионер-11]]». Оба «Пионера» замедляются под совместным действием силы гравитации Солнца и других сил, однако при очень точном определении ускорения (замедления) аппаратов и сравнении его с теоретически рассчитанным обнаруживается дополнительная очень слабая сила неизвестной природы, отличная от всех других известных сил, влияющих на аппараты.

Хотя однозначного и общепринятого в научном мире объяснения данному феномену до начала 2010-х годов не имелось, после 2011 года в качестве наиболее вероятной рассматривается версия, что этот эффект имеет тепловую природу и объясняется [[Анизотропия|анизотропией]] интенсивности [[Тепловое излучение|теплового излучения]] энергетических элементов аппаратов<ref name="ttem">{{статья
 |автор       = Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Jordan Ellis, and Craig B. Markwardt
 |заглавие    = Support for temporally varying behavior of the Pioneer anomaly from the extended Pioneer 10 and 11 Doppler data sets
 |ссылка      = http://arxiv.org/abs/1107.2886v1
 |язык        = en
 |издание     = Phys. Rev. Letters
 |тип         = 
 |год         = 2011
 |том         = 
 |номер       = 
 |страницы    = 
 |archivedate = 2020-05-28
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20200528201134/https://arxiv.org/abs/1107.2886v1
}}</ref><ref name="Rievers 2011 439"/><ref>{{cite news|url=http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/pioneer_anomaly.html|title=Study Finds Heat is Source of 'Pioneer Anomaly'|date=2012-07-17|publisher=NASA|lang=en|accessdate=2015-07-23|archive-date=2015-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20150723080622/http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/pioneer_anomaly.html|url-status=live}}</ref><ref>{{cite news|url=https://spectrum.ieee.org/aerospace/astrophysics/finding-the-source-of-the-pioneer-anomaly|title=Finding the Source of the Pioneer Anomaly. Thirty years ago, the first spacecraft sent to explore the outer solar system started slowing unexpectedly. Now we finally know what happened|date=2012-11-30|publisher=IEEE Spectrum|lang=en|accessdate=2015-07-23|archive-date=2015-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20150723100515/http://spectrum.ieee.org/aerospace/astrophysics/finding-the-source-of-the-pioneer-anomaly|url-status=live}}</ref><ref name=a1204.2507/>.

Ранее рассматривались самые различные [[Гипотеза|гипотезы]] для объяснения происходящего: от простых технических (например, [[Реактивная тяга|реактивная сила]] от утечки газа в аппарате) до введения новых [[Закон (физика)|физических законов]].

== Эффект ==
Эффект обнаруживается в данных [[телеметрия|телеметрии]], собираемых для вычисления скорости и пройденного расстояния «Пионеров». При учёте всех известных сил, воздействующих на космическое тело, обнаружилось дополнительное, линейно растущее со временем, [[Синее смещение|фиолетовое смещение]] полученного сигнала, что интерпретируется как очень слабая сила, не объяснимая текущей моделью. Данная сила вызывает постоянное [[ускорение]] аппарата в сторону [[Солнце|Солнца]], равное (8,74 ± 1,33) × 10<sup>−10</sup> м/с²<ref>
{{статья
| автор         = John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev
| заглавие      = Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11
| ссылка        = http://arxiv.org/abs/arXiv:gr-qc/0104064
| язык          = en
| издание       = Physical Review D
| тип           =
| год           = 2002
| том           = 65
| номер         = 8
| страницы      = 082004
}}</ref>.

У аппаратов [[Вояджер-1]] и [[Вояджер-2]], чей профиль полёта схож с «Пионерами», выраженного эффекта отклонения не наблюдалось. Однако исследователи отмечают, что сравнение не вполне корректно. «Пионеры» находятся в свободном полёте, а их ориентация стабилизировалась за счёт [[Гиростабилизация|собственного вращения аппаратов]]. У «Вояджеров» же нужная ориентация обеспечивается малыми импульсами маневровых двигателей, что может оказывать влияние на траекторию<ref>{{cite web|url=http://www.livingreviews.org/lrr-2010-4|title=The Pioneer Anomaly|accessdate=2013-02-20|archiveurl=https://www.webcitation.org/6EiJggj3O?url=http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2010-4/|archivedate=2013-02-26|deadlink=no}}</ref>.

Данные от других космических аппаратов ([[Галилео (КА)|Галилео]], [[Улисс (КА)|Улисс]]) указывают на схожий с «Пионерами» эффект, но опять ввиду ряда причин (таких как слабое непредсказуемое влияние тяги малых реактивных двигателей, используемых для контроля пространственного положения аппарата) невозможно произвести точную численную оценку эффекта. Проект [[Кассини — Гюйгенс]] также имел влияние системы контроля положения в пространстве, что не позволяло произвести точные измерения эффекта. Полученный результат в (26,7 ± 1,1) × 10<sup>−10</sup> м/с² не может подтвердить или опровергнуть существование аномалии<ref>{{cite web|url=http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/37309/1/03-2152.pdf|title=Improved Test of General Relativity with Radio Doppler Data from the Cassini Spacecraft|author=John D. Anderson, Eunice L. Lau, Giacomo Giampieri|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130604040011/http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/37309/1/03-2152.pdf|archivedate=2013-06-04|accessdate=2008-10-06|deadlink=yes}}</ref>.

== Возможные объяснения эффекта ==
{{переработать раздел|дата=2013-02-18}}
Существуют различные теории, объясняющие эффект «Пионеров»:
* Ошибки измерения и сбора статистики<ref>[https://www.newscientist.com/article.ns?id=dn11304&feedId=online-news_rss20 Computer sleuths try to crack Pioneer anomaly]</ref>
* Действительное торможение, вызванное одним из следующих факторов:
** Гравитационное притяжение объектов [[пояс Койпера|пояса Койпера]]
** Торможение о межпланетную среду (пыль, облака газа и т. п.)
** Утечка газов из самих космических аппаратов
** Электромагнитные силы, вызванные накопленным космическими аппаратами электрическим зарядом
** Влияние [[Тёмная материя|тёмной материи]] или [[Тёмная энергия|тёмной энергии]]
** Реактивная сила от неизотропного теплового излучения аппаратов (см. также [[Фотонная ракета]])<ref name="ttem"/><ref>{{статья
|заглавие = Ответственность за эффект "Пионера" возложили на геометрию аппаратов
|ссылка = http://lenta.ru/news/2011/03/31/geometry/
|издание = Lenta.ru
|год = 31.03.2011
|archivedate = 2011-04-02
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20110402172829/http://lenta.ru/news/2011/03/31/geometry/
}}</ref>
* Экзотические гипотезы (альтернативные физические теории), обращение к которым было вызвано, в частности, тем, что аномальное ускорение численно близко к произведению [[скорость света|скорости света]] на [[Постоянная Хаббла|постоянную Хаббла]]: <math>a_p \approx c H_0</math><ref>Masreliez C. J., ''[http://www.springerlink.com/content/u7572500u82688p6/ The Pioneer Anomaly — A cosmological explanation]{{Недоступная ссылка|date=Февраль 2020 |bot=InternetArchiveBot }}''. [http://www.estfound.org/downloads/pioneer_paper.pdf preprint] {{Wayback|url=http://www.estfound.org/downloads/pioneer_paper.pdf |date=20090106130619 }} (2005) Ap&SS, v. 299, no. 1, pp. 83-108.</ref><ref>[http://lnfm1.sai.msu.ru/grav/russian/life/chteniya/sagi2007/turyshev_Anomaly.pdf S. G. Turyshev. The Pioneer Anomaly: Effect, New Data and New Investigation] {{Wayback|url=http://lnfm1.sai.msu.ru/grav/russian/life/chteniya/sagi2007/turyshev_Anomaly.pdf |date=20070310023554 }} // Seminar at the Sternberg Astronomical Institute. Moscow State University, Moscow, 6 February 2007.</ref>

На основе наиболее точных предсказаний орбитального движения спутников Нептуна ([[Нереида (спутник)|Нереида]], [[Протей (спутник)|Протей]], [[Тритон (спутник)|Тритон]])<ref>{{статья
| автор         = Jacobson R. A.
| заглавие      = The orbits of the Neptunian satellites and the orientation of the pole of Neptune
| ссылка        = https://dx.doi.org/10.1088/0004-6256/137/5/4322
| язык          = en
| издание       = ApJ
| тип           =
| год           = 2009
| том           = 704
| номер         =
| страницы      = 4322—4329
}}</ref>
было показано, что введение дополнительного ускорения, связанного с ускорением «Пионеров», должно приводить к заметным ошибкам в определении траекторий этих спутников, и аномальное ускорение «Пионеров» связано скорее всего с силами негравитационной природы<ref>{{статья
 |автор       = Iorio L.
 |заглавие    = Does the Neptunian system of satellites challenge a gravitational origin for the Pioneer anomaly?
 |ссылка      = http://arxiv.org/abs/0912.2947v1
 |язык        = en
 |издание     = arxiv.org
 |тип         = 
 |год         = 2009
 |том         = 
 |номер       = 
 |страницы    = 
 |nodot       = 1
 |archivedate = 2022-01-21
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20220121180345/https://arxiv.org/abs/0912.2947v1
}}</ref>.

Существует проект по наблюдению за [[астероид]]ами в зоне действия эффекта, который позволит определить, имеет ли эффект [[гравитация|гравитационную]] природу<ref>[https://www.newscientist.com/article.ns?id=mg18624984.700  Lost asteroid clue to Pioneer puzzle] {{Wayback|url=https://www.newscientist.com/article.ns?id=mg18624984.700 |date=20080915183113 }} // New Scientist, 10 May 2005</ref><ref>[http://science.compulenta.ru/182831/] {{Wayback|url=http://science.compulenta.ru/182831/ |date=20051231060556 }} // Science Compulenta</ref>. В настоящий момент предложено множество гипотез, в рамках которых даётся объяснение «аномалии „Пионера“», например, теория масштабно расширяющегося космоса ([[Карл Йохан Марелье]]) и [[МОНД]] ([[Мордехай Милгром]])<ref>[http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2005/06/27/181145] {{Wayback|url=http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2005%2F06%2F27%2F181145 |date=20150723103533 }} // CNews</ref>.

Аномальное изменение скорости, условно называемое [[пролётная аномалия|пролётной аномалией]], в чём-то сходное с аномалией «Пионера», было обнаружено у четырёх космических аппаратов при [[Гравитационный манёвр|гравитационном манёвре]] около Земли. Однако точно не установлено, вызваны ли они теми же причинами, что и рассматриваемая аномалия<ref>{{статья
|заглавие = Аномальное ускорение обнаружено в четырех космических миссиях
|ссылка = http://www.lenta.ru/news/2008/03/03/anomalies/
|издание = Lenta.ru
|год = 03.03.2008
|archivedate = 2008-03-08
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20080308132914/http://www.lenta.ru/news/2008/03/03/anomalies/
}}</ref><ref>[http://www.physics.usyd.edu.au/~laszlo/kepek/anderson2008.pdf Anderson, John D., et al. «Anomalous orbital-energy changes observed during spacecraft flybys of Earth.» Physical Review Letters 100.9 (2008): 091102.] {{Wayback|url=http://www.physics.usyd.edu.au/~laszlo/kepek/anderson2008.pdf |date=20150524111918 }}{{ref-en}}</ref>.

== Объяснение: сила отдачи теплового излучения ==
В [[1998 год]]у появилась гипотеза, согласно которой эффект в полной мере может быть объяснён недооценённой силой отдачи теплового излучения<ref>{{cite web
 |title=A Prosaic explanation for the anomalous accelerations seen in distant spacecraft
 |url=https://arxiv.org/pdf/gr-qc/9810015.pdf
 |author=Murphy, E.M.
 |journal=arXiv preprint gr-qc/9810015
 |year=1998
 |access-date=2020-07-07
 |archive-date=2022-05-30
 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220530041653/https://arxiv.org/pdf/gr-qc/9810015.pdf
 |url-status=live
 }}</ref><ref>{{статья
|заглавие=Comment on “Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses data, of an apparent anomalous, weak, long-range acceleration”
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=83
|номер=9
|страницы=1892—1892
|издательство={APS
|язык=en
|тип=journal
|автор=Katz, J.I.
|год=1999
}}}</ref><ref>{{статья
|заглавие=Conventional forces can explain the anomalous acceleration of Pioneer 10
|издание=[[Physical Review]]
|том=67
|номер=8
|страницы=084021
|doi=10.1103/PhysRevD.67.084021
|arxiv=gr-qc/0107092
|bibcode=2003PhRvD..67h4021S
|язык=en
|тип=journal
|автор=Scheffer, L.
|год=2003
}}</ref>. Однако на тот момент точная оценка сил теплового излучения была трудна, так как требовались записи телеметрии температур аппарата и его детальная теплофизическая модель, а ни того, ни другого в то время доступно не было. Более того, все температурные модели предсказывали постепенное уменьшение эффекта со временем, чего в изначальном анализе не обнаружилось.

Один за другим эти препятствия были решены. Были найдены и оцифрованы многие старые записи телеметрии<ref>{{статья
|заглавие=A study of the pioneer anomaly: new data and objectives for new investigation
|издание={{Нп3|International Journal of Modern Physics|International Journal of Modern Physics D||International Journal of Modern Physics}}
|ссылка=https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0512121.pdf
|том=15
|номер=01
|страницы=1—55
|издательство=World Scientific
|язык=en
|тип=journal
|автор=Turyshev, S.G and Toth, V. and Kellogg, L. and Lau E. and Lee, K.
|год=2006
|archivedate=2019-01-15
|archiveurl=https://web.archive.org/web/20190115195930/https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0512121.pdf
}}, pages 10-15.</ref>. Они дали графики энергопотребления и температуры блоков аппарата. Несколько коллективов учёных построили подробные температурные модели<ref name="Bertolami">
{{статья
|заглавие=Thermal analysis of the Pioneer anomaly: A method to estimate radiative momentum transfer
|издание=[[Physical Review]]
|том=78
|номер=10
|страницы=103001
|bibcode=2008PhRvD..78j3001B
|doi=10.1103/PhysRevD.78.103001
|arxiv=0807.0041
|язык=en
|тип=journal
|автор=Bertolami, O.; Francisco, F.; Gil, P. J. S.; Páramos, J.
|год=2008
}}</ref><ref>{{статья
|заглавие=Thermal recoil force, telemetry, and the Pioneer anomaly
|издание=[[Physical Review|Physical Review D]]
|том=79
|номер=4
|страницы=043011
|издательство=APS
|arxiv=0901.4597
|язык=en
|тип=journal
|автор=Toth, V.T. and Turyshev, S.G.
|год=2009
}}</ref><ref name="Rievers 2011 439">{{статья
|заглавие=High precision thermal modeling of complex systems with application to the flyby and Pioneer anomaly
|издание=[[Annalen der Physik]]
|том=523
|номер=6
|страницы=439
|arxiv=1104.3985
|bibcode=2011AnP...523..439R
|doi=10.1002/andp.201100081
|язык=en
|тип=journal
|автор=Rievers, B.; Lämmerzahl, C.
|год=2011
}}</ref>, которые могли быть проверены на известных значениях температур и энергопотребления, и позволили количественно вычислять силу давления теплового излучения. Длительный интервал навигационных записей показывал, что аномальное ускорение действительно уменьшалось со временем<ref>{{статья
|заглавие=Support for temporally varying behavior of the Pioneer anomaly from the extended Pioneer 10 and 11 Doppler data sets
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=107
|номер=8
|страницы=81103
|издательство={APS}
|ссылка=https://arxiv.org/pdf/1107.2886.pdf
|язык=en
|тип=journal
|автор=Turyshev, S.G. and Toth, V.T. and Ellis, J. and Markwardt, C.B.
|год=2011
}}</ref>.

В июле [[2012 год]]а [[Турышев, Вячеслав Геннадьевич|Вячеслав Турышев]] с сотрудниками опубликовали статью в [[Physical Review Letters]], которая объясняла аномалию:
{{начало цитаты}}Мы исследовали возможность аномального ускорения аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» из-за силы отдачи, связанной с анизотропным испусканием теплового излучения аппаратами. Для этого, опираясь на проектную документацию, мы построили исчерпывающую теплофизическую модель конечных элементов обоих аппаратов. Потом мы численно решили уравнения теплопередачи и излучения, используя данные реальной телеметрии в качестве граничных условий. Мы использовали результаты этой модели для расчёта эффекта силы тепловой отдачи «Пионера-10» на различных гелиоцентрических дистанциях. Мы нашли, что величина, временно́е поведение и направление результирующего теплового ускорения подобны свойствам наблюдаемой аномалии. Новизна нашего исследования в том, что мы разработали параметризованную модель силы тепловой отдачи и оценили коэффициенты этой модели независимо [от теплофизической модели], по навигационным данным доплеровского слежения. Мы не нашли статистически значимой разницы между двумя оценками и считаем, что когда сила тепловой отдачи учтена точно, аномального ускорения не остаётся.
{{конец цитаты|источник=Physical Review Letters<ref name=a1204.2507>[http://prl.aps.org/accepted/L/18074Y63D061333c20be85947af34735e069bf54c Support for the thermal origin of the Pioneer anomaly] {{Архивировано|url=https://archive.today/20130113050432/http://prl.aps.org/accepted/L/18074Y63D061333c20be85947af34735e069bf54c |date=2013-01-13 }}, Slava G. Turyshev et al, [[Physical Review Letters]], accepted 11 April 2012, accessed 19 July 2012 [[doi:10.1103/PhysRevLett.108.241101]] ([https://arxiv.org/pdf/1204.2507v1 arXiv 1204.2507])</ref>}}
Эта статья является наиболее детальным выполненным анализом. Объяснение, базирующееся на силе тепловой отдачи, было поддержано и другими исследовательскими группами, использовавшими различные техники вычислений. Статьи включают утверждения: «Давление тепловой отдачи не является причиной аномалии пролёта „[[Розетта (космический аппарат)|Розетты]]“, но, вероятно, решает аномалию ускорения, наблюдаемую для „Пионера-10“.»<ref name="Rievers 2011 439"/> и
«Это показывает, что всё аномальное ускорение может быть объяснено температурными эффектами»<ref>{{cite web
|url=https://arxiv.org/pdf/1107.2886.pdf
|title=The Contribution of Thermal Effects to the Acceleration of the Deep-Space Pioneer Spacecraft
|author=Orfeu Bertolami, Frederico Francisco, Paulo J. S. Gil and Jorge P´aramos
|date=2012-11-29
|access-date=2020-07-07
|archive-date=2020-05-28
|archive-url=https://web.archive.org/web/20200528201144/https://arxiv.org/pdf/1107.2886.pdf
|url-status=live
}}</ref>.

== См. также ==
* [[Пролётная аномалия]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [https://arxiv.org/abs/gr-qc/9808081 «Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration»], Anderson et al, Phys. Rev. Lett. '''81''', 2858—2861 (1998).
* [https://arxiv.org/abs/gr-qc/0104064 «Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11»], Anderson et al., Phys. Rev. D '''65''', 082004 (2002).
* [http://www.ntsomz.ru/news/news_cosmos/pioneer_29_june_2005 «НАСА может погубить ключ к секрету „Пионера“»]. Статья от 2005-06-29
* [[Карл Йохан Марелье|Masreliez C. J.]], ''[http://www.estfound.org/downloads/pioneer_paper.pdf The Pioneer Anomaly — A cosmological explanation]''. (2005) Ap&SS, v. 299, no. 1, pp. 83-108.
* [http://lnfm1.sai.msu.ru/grav/russian/life/chteniya/sagi2007/turyshev_Anomaly.pdf S. G. Turyshev. The Pioneer Anomaly: Effect, New Data and New Investigation] // Seminar at the Sternberg Astronomical Institute. Moscow State University, Moscow, 6 February 2007.
* [https://web.archive.org/web/20110403204856/http://blogs.computerra.ru/10114 Эффект «Пионера»: загадка, похоже, решена, ответ прозаичен.] Исходная работа: [https://arxiv.org/abs/1103.5222 F. Francisco, O. Bertolami, P. J. S. Gil, J. Páramos ''Modelling the reflective thermal contribution to the acceleration of the Pioneer spacecraft'']
* ''Natalie Wolchover.'' [http://www.popsci.com/pioneeranomaly The Pioneer Anomaly, a 30-Year-Old Cosmic Mystery, May Be Resolved At Last] // [[Popular Science]], December 15, 2010.
* ''А. Левин.'' [http://elementy.ru/lib/431381 По следам одной аномалии] // «[[Популярная механика]]» № 6, 2011

{{Внешние ссылки}}
{{Небесная механика}}

[[Категория:Небесная механика]]
[[Категория:Астрономические явления]]
[[Категория:Астродинамика]]