Festiwal Nauki w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN Anomalia sond Pionier Czy winne jest światło? 16 września 2006

Sondy kosmiczne Pionier Program badania Układu Słonecznego Lata 1958-1978, 20 sond Pierwsze misje: w kierunku Księżyca, między orbitą Ziemi a Wenus, pomiary promieniowania Słońca Najsłynniejsze: Pionier 10 i 11 Badanie zewnętrznych planet: Jowisza i Saturna Pierwsze sztuczne obiekty, które opuściły Układ Słoneczny sondy Pioneer, kiedy wystrzelone, po co,

Pionier 10 i 11

Gdzie teraz jest Pionier 10? Za ok. 2 mln lat dotrze do Aldebarana... 90 razy dalej od Słońca niż Ziemia, światło przebywa tę odległość w ponad 12 godzin że się mierzy odległość i prędkość, że jest przyspieszenie nie wiadomo skąd. ...z tabliczką - listem do kosmitów 

przyciąganie grawitacyjne Anomalia sond Pionier Przed wystrzeleniem sondy kosmicznej oblicza się jej przewidywaną orbitę, uwzględniając m.in.: ? tory planet przyciąganie grawitacyjne efekty relatywistyczne... Można następnie porównać przewidywane położenie i prędkość z rzeczywistym. że się mierzy odległość i prędkość, że jest przyspieszenie nie wiadomo skąd. W przypadku sond Pionier nie zgadza się! Pomiary wykazują, że sondy są hamowane pewną niewielką, nie przewidzianą siłą!

Jak mierzyć prędkość sondy? Do bardzo dokładnego mierzenia prędkości Pioniera wykorzystuje się efekt Dopplera. Wysokość dźwięku zależy od prędkości jego źródła: Podobnie jest dla fal radiowych: v Wyższy dźwięk Niższy dźwięk Jak się mierzy prędkość sondy, odległość...

Anomalia sond Pionier (2) Można obliczyć, o ile powinna zmienić się częstość sygnału radiowego po przesłaniu go do sondy i z powrotem... Wykres pochodzi z pracy Indication, from Pioneer 10/11..., J.D. Anderson i in. ... a następnie porównać tę częstość z wynikiem obserwacji. Gdzie tkwi błąd? Tego nikt nie wie!!!

Czy winne jest światło? Pierwsza z możliwości: za anomalię odpowiada jakiś „klasyczny” efekt, którego nie wzięliśmy pod uwagę: nieznane, niewidoczne obiekty w Układzie Słonecznym pył międzyplanetarny, hamujący sondę rozszerzanie się Wszechświata Skąd wiadomo, że to jest "anomalia"? Odnieść się do tytułu - "czy winne światło", może do sposobu pomiaru albo wiatru słonecznego? ... Być może winne jest światło, dokładniej: fale radiowe, którymi mierzymy prędkość.

A może nowe prawa fizyki? Skoro nie udaje się wyjaśnić anomalii Pioniera w obrębie znanych zjawisk, to może jesteśmy na tropie nowych praw fizyki? Zmieńmy teorię względności! Pole skalarne! Ciemna materia! Teoria strun! Zmodyfikowana grawitacja! Jeśli już wiadomo, że jest anomalne (nie artefakt z metody pomiaru), to jak się je próbuje wyjaśnić? Ze dwie zwykłe teorie i ze dwie odjechane.

Pierwsza planeta odkryta na podstawie matematycznych przewidywań: Odkrycie Neptuna Pierwsza planeta odkryta na podstawie matematycznych przewidywań: tablice ruchu Urana obserwacje Urana pokazały rozbieżność z tablicami okazało się, że ruch Urana zaburza inna, nieznana planeta O tym, że pewnie wyjaśnienie jest zwyczajne, ale... różne rzeczy odkryto w fizyce w podobny sposób. Zaburzenia ruchu Urana udało się wyjaśnić w ramach znanej fizyki; ich badanie doprowadziło do odkrycia nowej planety.

Promieniowanie cieplne Rozgrzane ciała świecą w różny sposób w zależności od temperatury. Długość fali Natężenie Klasyczna teoria Doświadczenie W tym przypadku badanie rozbieżności między teorią a doświadczeniem doprowadziło do mechaniki kwantowej, nowej teorii fizycznej. O tym, że pewnie wyjaśnienie jest zwyczajne, ale... różne rzeczy odkryto w fizyce w podobny sposób.

Co dalej z anomalią Pioniera? Dokładne zbadanie anomalii sond Pionier może nas doprowadzić do lepszego zrozumienia znanych zjawisk fizycznych... Może o proponowanych misjach? ... a może nawet do odkrycia nowych praw fizyki! Dlatego warto przyjrzeć się temu zjawisku dokładnie!

Plany na przyszłość Może o proponowanych misjach? Ilustracja pochodzi z pracy A mission to explore the Pioneer anomaly, H. Dittus i in.