2008.03.07. - Rejtélyes anomáliák több űrszonda mozgásában

A Földet lendületszerzés céljából megközelítő űrszondáknál a számított mozgáshoz képesti megmagyarázhatatlan eltéréseket találtak a NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory) munkatársai.

A Naprendszer távoli égistestjei felé induló űreszközök útjának megtervezése rendkívül bonyolult feladat. Az egyik legnagyobb probléma a célpont eléréséhez szükséges energia biztosítása. Az űrszondák csak korlátozott mennyiségű hajtóanyagot vihetnek magukkal, ami csak manőverezésre, kisebb pályamódosításokra elegendő. Az alkalmazott eljárás ezért általában az, hogy az űreszköz a célhoz vezető út során szorosan megközelíti a Naprendszer valamelyik bolygóját, s annak gravitációs teréből szerzi meg a továbbhaladáshoz szükséges energiát. Az angol szakirodalomban "flyby" néven emlegetett megközelítést a magyar nyelvben hintamanővernek szoktuk nevezni. Ennek során a bolygó gravitációs tere hatására a szonda felgyorsul, s a megközelítés előttihez képest más trajektóriára (pályára) kerül. Bonyolultabb esetekben ezt a manővert esetleg többször is meg kell ismételni, mint ahogyan ez az 1989-ben felbocsátott Galileo űrszonda esetében is történt, ami először a Vénusz mellett repült el, majd utána még kétszer a Föld mellett, mielőtt ráállt volna a Jupiter felé vezető pályára.

Fantáziarajz a Galileo űrszonda Föld melletti elrepüléséről.
[Michael Carroll]

A JPL mérnökei a Galileo űrszonda 1990. december 8-i Föld melletti elrepülése után tapasztalták először, hogy valami nincs rendben a szonda sebességével, ugyanis a Doppler-mérések azt mutatták, hogy az a megközelítés után valamivel nagyobb, mint amekkora az előzetes számítások alapján lehetne. Az eltérés kicsi, mindössze 1 milliomod résznyi, de világosan felismerhető volt az adatsorokban. Természetesen az első, kézenfekvő magyarázat az, hogy hibás a mérési adatok interpretációja, de a "bátrabbak" felvethetik azt is, hogy az anomális sebességnövekedést valamilyen rejtélyes, ismeretlen erőhatás okozta, esetleg éppen a sötét energiát láttuk működés közben. A kérdés megválaszolásában jelentős előrelépést hozhat a JPL öt munkatársának, John Andersonnak és négy kollégájának 18 év adatait átfogó munkája, melynek eredményét a Physical Review Letters c. folyóirat 2008. március 7-i száma ismerteti.

A Galileo útja az indulástól a Jupiterhez történő megérkezésig.
[Az Encyclopedia Britannica nyomán]

Anderson és munkatársai - talán műszaki képzettségük okán is - először kételkedtek abban, hogy az effektus valóban létezik. Inkább valamilyen, a követésre szolgáló berendezésekben keletkező mesterséges hatásra gyanakodtak, mint valódi sebességnövekedésre, ezért a következő években szisztematikasan elemezték a lehetséges hibaforrásokat, de nem találtak semmit.

Az első megközelítés után pontosan két évvel a Galileo mégegyszer elrepült a Föld mellett, mindössze 300 km-rel bolygónk felszíne felett. Andersonék most már célzottan figyelték, hogy ismét bekövetkezik-e a rejtélyes sebességnövekedés. A nagyon szoros megközelítés miatt azonban a földi légkör által okozott hatások eleve lehetetlenné tették a kis effektus detektálását.

1992 végén a Galileo végleg eltávozott a Föld környezetéből, de a következő években négy másik szonda is bolygónkat használta a céljának eléréséhez szükséges sebesség megszerzéséhez. Először a NEAR űrszonda 1998 januárjában, majd a Cassini 1999 augusztusában, évekkel később pedig a Rosetta és a MESSENGER szondák 2005 márciusában, illetve augusztusában.

Fantáziarajz a hintamanőverhez közeledő Rosetta-űrszondáról.
[www.space-time.info]

A Cassini adatait sajnos nem tudták használni, mert a legnagyobb megközelítéskor bekapcsolták a korrekciós hajtóműveit, a MESSENGER pedig nem mutatott semmiféle extra sebességet. A Rosetta esetében azonban ugyanazt tapasztalták, mint 15 évvel korábban a Galileo-nál, s ezt az űreszköz európai irányítói is megerősítették. A legnagyobb anomális sebességnövekedést a NEAR mutatta, amit az általa kisugárzott jelek Doppler-eltolódásán túl a Földről a szondára bocsátott jelek visszaverődésében mutatkozó eltérés is megerősített. A NEAR példája azt jelentette Anderson és csapata számára, hogy a Galileo esete nem egyedi, hanem a hatás valószínűleg minden, a Föld gravitációs terét hintamanőverhez használó űreszköznél fellép. Anderson számításai azt is mutatták, hogy a jelenség nem magyarázható az általános relativitáselmélet keretein belül az ún. Lense-Thirring hatással, mivel a mért sebességnövekmény jóval nagyobb volt, mint ami ebből az effektusból származhatna. (A Lense-Thirring effektus ebben az esetben azt jelenti, hogy relativisztikus hatásokra egy forgó nagy tömeg, jelesül a Föld közelében a szintén pörgő szonda forgástengelyének iránya is változik, precessziós mozgást végez.)

Mivel a kutatóknak nem volt más ötletük, elhatározták, hogy a szélesebb nyilvánosság elé tárják a kérdést, hátha a "több szem többet lát" elv alapján mások elfogadható magyarázattal szolgálnak a jelenségre. Ezért 18 hónap alatt az összes, a Földnél hintamanővert végző űreszköz adatait részletesen elemezték. A munka eredményeként sikerült empirikus kapcsolatot teremteniük az eltérés nagysága és az űreszköz "belépő", illetve "kimenő" pályáját jellemző egyik paraméter között. Ez a paraméter a két trajektória földi egyenlítővel bezárt szögének különbsége. Minél nagyobb a differencia, annál nagyobb az extra sebességnövekedés. Ennek fényében a NEAR esetében azért volt nagy az effektus, mert a szonda nagyjából az egyenlítő síkjában érkezett a Földhöz, s közel poláris irányban hagyta el bolygónkat. Ezzel ellentétben a MESSENGER esetében az egész megközelítés nagyjából ugyanazon földrajzi szélesség felett zajlott, így a tapasztalati formula alapján nem is várható detektálható hatás.

Természetesen egy empirikus - egyébként nem túl bonyolult - matematikai formula egyáltalában nem jelenti azt, hogy közelebb kerültünk a fizikai ok(ok) feltárásához, de nagy segítséget nyújhat ebben a munkában. Anderson és munkatársai szerint a jelenség némileg hasonlatos a Pioneer-szondák esetében megfigyelt, szintén rejtélyes anomáliához, ami abban nyilvánul meg, hogy a két szonda a Naprendszerből kifele tartva (sőt már el is hagyva azt) a vártnál jobban lassul. Anderson szerint lényeges különbség, hogy a Pioneer-ok esetében a hatás a gyorsulásban jelentkezik, míg a hintamanővereknél az űreszköz sebességében. Összekapcsolhatja viszont a két effektust az, hogy a szondák kivétel nélkül hiperbolikus pályákon mozognak. A magyarázat tehát még várat magára, de úgy tűnik, hogy az effektus maga létezik.

Forrás:

• The Planetary Society