Voler dans l'espace lointain apportera certainement de nombreux mystères, que nous ne pourrons pas résoudre dans très longtemps. Et ce n'est pas surprenant. Dès que les premiers messagers de la Terre ont passé les orbites des planètes géantes, l'espace nous a immédiatement posé un problème. Et pour le résoudre, il a même été proposé de corriger les lois de la physique.
Pionniers
Les programmes d'exploration spatiale américains ont toujours eu des noms retentissants et des objectifs ambitieux. Dans le cadre du programme Mercury, les Américains effectuent leurs premiers vols habités et créent le premier corps d'astronautes. Au cours du prochain programme "Gemini", des méthodes de rendez-vous et d'amarrage en orbite ont été élaborées. Le troisième programme de vols spatiaux habités était le fameux programme Apollo. Son objectif était les vols habités vers la Lune. Mais pour l'étude de l'espace interplanétaire et des corps célestes, le programme Pioneer a été lancé.
Dans le cadre de ses missions, les États-Unis ont envoyé plusieurs sondes de recherche dans l'espace entre 1958 et 1978. Le vaisseau spatial a volé vers le Soleil, Vénus et la Lune, a enquêté sur les comètes qui nous approchent. "Pioneer-3" a découvert la deuxième ceinture de rayonnement de la Terre et "Pioneer-7" a participé à l'étude de la comète de Halley. Aujourd'hui, deux engins spatiaux du programme sont bien connus. Il s'agit des sondes Pioneer-10 (lancées en mars 1972) et Pioneer-11 (avril 1973), l'une des dernières lancées.
Sonde "Pioneer-10" en cours d'assemblage
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Plus tard, la NASA a lancé d'autres programmes de recherche. Avec de nouvelles sondes plus avancées. En 1977, déjà dans le cadre du programme Voyager, Voyager 1 et Voyager 2 ont été envoyés sur les planètes éloignées du système solaire. Et en 2003, le programme New Frontiers a été lancé, au sein duquel New Horizons, Juno et OSIRIS-REx sont allés dans l'espace. Mais dans les années 50, alors que le programme ne faisait que commencer, ses appareils aux États-Unis étaient considérés comme des pionniers de l'espace, et donc on les appelait "Pioneers". Pioneer 10 et Pioneer 11 ont été les premiers vaisseaux spatiaux à voler à travers la ceinture d'astéroïdes principale et les premiers à étudier Jupiter à courte distance.
Les Pioneers auraient pu être les premiers à aller au-delà du système solaire, mais en 1998, le Voyager 1 plus rapide a dépassé le Pioneer 10, qui portait le maillot jaune du leader sur cette tournée du système solaire.
Anomalie
Pour la première fois, une anomalie dans la trajectoire de vol des sondes a été découverte dans les années 1980. À ce stade, les sondes ont déjà terminé leur mission principale. Le Pioneer 10 a volé près de Jupiter en décembre 1973, précisant sa masse et mesurant son champ magnétique. Pioneer 11 a approché la planète exactement un an plus tard: en décembre 1974. Après avoir pris des photos détaillées, il est allé à Saturne. En 1979, l'appareil a transmis des images de la planète et de son satellite Titan à la Terre.
La mission principale s'est terminée, mais il a été décidé d'utiliser les données de la surveillance de la trajectoire de vol du vaisseau spatial Pioneer-10 pour rechercher, comme on le supposait encore, la dixième planète du système solaire. Et maintenant c'est la neuvième (après la rétrogradation à Pluton). S'il y avait une déviation dans la trajectoire, alors, comme le croyaient les scientifiques, cela serait une conséquence de la gravité d'une planète inconnue. La déviation a été trouvée, mais la cause de cette anomalie n'était en aucun cas une planète au bord du système solaire. Mais, ce qui est le plus intéressant, l'anomalie a été retrouvée par la suite dans la sonde jumelle.
Illustration de la sortie de "Pioneers" et "Voyagers" hors du système solaire
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Aujourd'hui, les véhicules volent dans des directions différentes. Pioneer 10 se dirige vers le bord de la Voie lactée, en direction de la constellation du Taureau. Son jumeau, en revanche, est vers le centre de la Galaxie, vers la constellation du Bouclier. Il faut comprendre que les deux sondes sont désormais en vol libre. Seules l'accélération et les forces externes obtenues précédemment affectent le vol des engins spatiaux. Les forces sont gravitationnelles et non gravitationnelles.
Parmi les non gravitationnelles, par exemple, la pression du rayonnement solaire, provoquant une accélération dirigée depuis le Soleil. Et la gravité du Soleil, au contraire, tire les véhicules vers l'étoile, provoquant une accélération dirigée vers le Soleil, c'est-à-dire qu'elle les ralentit. Toutes les forces pouvant affecter le vol des engins spatiaux sont calculées et prises en compte. Sauf un. Une force inconnue et incompréhensible retire les sondes. C'est elle qui est la raison de l'énigme des «Pionniers». La puissance est négligeable, mais elle est là. Les derniers calculs, obtenus en 2002, indiquent que l’ampleur de l’accélération négative inexpliquée est de (8,74 ± 1,33) 10–10 m / s2.
Ceci est négligeable, mais a déjà conduit à un écart des véhicules d'environ 400 000 kilomètres par rapport à la trajectoire calculée. Il semblerait que les sondes aient parcouru des milliards de kilomètres. Au moment de la perte de communication avec "Pioneer-10" (23 janvier 2003), il était à plus de 12 milliards de kilomètres de nous. Ce sont 82 unités astronomiques, soit 82 distances de la Terre au Soleil. La communication avec "Pioneer-11" a été perdue le 30 septembre 1995, l'appareil était déjà à une distance de 6,5 milliards de kilomètres du Soleil, soit 43 UA. e.
Et que sont ces centaines de milliers par rapport à des milliards de kilomètres? Mais pour la science, ces valeurs insignifiantes peuvent être d'une grande importance. Un écart par rapport à la norme, par rapport à la compréhension habituelle des choses, c'est-à-dire que des anomalies peuvent indiquer la présence de quelque chose de significatif, mais toujours non découvert. De plus, en astrophysique.
Une anomalie dans le mouvement d'Uranus a conduit à la découverte d'une nouvelle planète - Neptune. L'anomalie dans le mouvement de Mercure, découverte en 1859, n'a été expliquée que par la théorie générale de la relativité d'Albert Einstein, qu'il a développée en 1915. La solution à l'anomalie «Pionniers» peut bouleverser la physique moderne ou, au contraire, être assez triviale. C'est pourquoi il hante de nombreux scientifiques.
La question peut se poser: comment les scientifiques ont-ils calculé la vitesse et, par conséquent, l'accélération des véhicules? Les sondes ont longtemps été indisponibles pour l'observation. Ni Hubble ni aucun autre télescope ne pourront voir les sondes voler loin de nous. Le contrôle de vitesse des sondes est réalisé en mesurant le décalage de fréquence Doppler du signal radio, qui est envoyé en direction de la sonde et reçu en retour. Il est basé sur le même effet Doppler utilisé pour déterminer la vitesse des véhicules. L'effet s'est manifesté sous la forme du soi-disant décalage violet, le déplacement du signal radio vers la région des ondes courtes du spectre, ce qui signifie que les sondes ont commencé à ralentir.
Mais si nous parlons d'un effet qui peut affecter le mouvement de deux sondes, alors il peut également affecter d'autres? Nous avons déjà dit qu'il y en avait d'autres après le programme Pioneer. Mais les Pioneers sont en vol sans corrections de cap supplémentaires pendant longtemps. Mais la trajectoire de vol et l'orientation des autres sondes sont toujours corrigées par les propulseurs. Par conséquent, des mesures précises de l'effet, le cas échéant, ne peuvent pas être effectuées.
Causes possibles de l'anomalie
Au fil des années consacrées à trouver des solutions à ce casse-tête, de nombreuses hypothèses ont été avancées. Et le premier concerne les erreurs d'observations et d'interprétation des données obtenues. Mais il a été abandonné presque immédiatement. L'anomalie a été attribuée à diverses raisons. Freinage sur le milieu interplanétaire (poussières, nuages de gaz, etc.). L'attraction gravitationnelle des objets de la ceinture de Kuiper. Gaz qui fuit, tel que l'hélium, utilisé comme fluide de travail dans les générateurs de radio-isotopes. La raison a également été recherchée dans les forces électromagnétiques provoquées par la charge électrique accumulée des sondes. Et, bien sûr, cela a été attribué à l'influence de la matière noire ou de l'énergie noire. Non sans suggestions pour corriger la physique existante. Les hypothèses précédentes ont fourni une explication non gravitationnelle de l'effet. En 1983, le physicien israélien Mordechai Milgrom a proposé la soi-disant théorie de la dynamique newtonienne modifiée (MOND). Elle est un exemple d'une théorie alternative de la gravité. Selon MOND, lorsqu'il s'agit de corps se déplaçant avec une accélération extrêmement faible, la mécanique newtonienne doit être corrigée.
Cependant, la raison de l'accélération anormale des «Pionniers» semble avoir été trouvée. Mais d'abord, disons un peu sur la conception des appareils. Les sondes sont équipées d'instruments scientifiques et d'une antenne parabolique d'un diamètre de 2,75 mètres pour la communication avec la Terre. Tout cet équipement nécessitait une alimentation électrique. Regardez la construction des pionniers. Y voyez-vous des panneaux solaires familiers aux satellites? Ne pas. Pour les vaisseaux spatiaux explorant les planètes éloignées du système solaire, les panneaux solaires ne servent à rien. À mesure que vous vous déplacez plus profondément dans l'espace, l'intensité du rayonnement solaire diminue. L'énergie du soleil n'est plus suffisante pour le fonctionnement des cellules solaires.
Schéma de l'appareil "Pioneer-10"
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Contrairement aux sondes volant vers les planètes intérieures de notre système, des générateurs thermoélectriques radio-isotopiques utilisant du plutonium-238 sont installés à bord pour les vols vers Jupiter, Saturne et d'autres planètes éloignées. Ce ne sont pas des réacteurs nucléaires. Ils fonctionnent différemment. Les générateurs de radio-isotopes utilisent de l'énergie thermique, qui est libérée lors de la désintégration naturelle des isotopes radioactifs et, à l'aide d'un générateur thermoélectrique, la convertit en électricité. Le plutonium-238 est précisément un isotope radioactif de ce type, dont la désintégration alimente l'équipement à bord des sondes. Chaque sonde dispose de quatre générateurs, qui sont fixés sur deux tiges de stabilisateur de trois mètres, à l'écart des instruments scientifiques de l'appareil.
Une équipe de recherche a été formée au Jet Propulsion Laboratory de la National Aerospace Agency des États-Unis pour étudier l'anomalie Pioneers. Il était dirigé par notre compatriote, diplômé du département de physique de l'Université d'État de Moscou Vyacheslav Turyshev. Les chercheurs ont pu construire un modèle mathématique qui explique l'accélération anormale des «Pionniers» d'au moins 70%. À leur avis, tout l'intérêt réside dans les flux de chaleur provenant de la sonde dans différentes directions. Et la principale source de chaleur est les générateurs de radio-isotopes, qui ont fourni de l'énergie aux équipements embarqués. La chaleur était générée par le fonctionnement des instruments. Au fur et à mesure que les instruments étaient éteints, de plus en plus d'énergie était dépensée pour chauffer les sondes. La chaleur était irradiée dans l'espace. C'est la force du recul du rayonnement thermique qui a été sous-estimée lors du calcul de la trajectoire de vol estimée. Cependant, la pression de rayonnement thermique est inégale. En vol, les sondes sont stabilisées par rotation autour de l'axe longitudinal. La chaleur rayonnée perpendiculairement à l'axe longitudinal est dissipée dans toutes les directions uniformément et n'affecte pas le mouvement des sondes. Mais il y a aussi des radiations le long de l'axe. Et il rayonne de manière inégale. Des calculs ont montré que le flux de chaleur émis dans le sens du mouvement du véhicule donne un retour plus important que celui allant dans le sens opposé, c'est-à-dire qu'il le surpasse et provoque l'effet de freinage.c'est-à-dire qu'il le domine et provoque un effet d'inhibition.c'est-à-dire qu'il le domine et provoque un effet d'inhibition.
Vue arrière de l'antenne émettrice
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Mais quelle est la raison des 30% restants? Peut-être que des physiciens de l'Institut portugais du plasma et de la fusion nucléaire ont réussi à trouver une explication. Ils ont suivi le même chemin que le groupe de Turyshev. Mais nous avons accordé plus d'attention à l'antenne émettrice des sondes, qui, nous le rappelons, a un diamètre de près de trois mètres. Après avoir effectué de nouveaux calculs basés sur leur modèle mathématique des sondes, ils sont parvenus à la conclusion que le rayonnement thermique réfléchi par l'arrière de l'antenne donne la même impulsion manquante.
Eh bien, le mystère qui hantait les scientifiques semble être résolu. L'humanité continue d'explorer l'espace. Pour de nouveaux puzzles et une recherche passionnante de leurs solutions.
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Sergey Sobol
