Kelemen, Klementina
3 °C
7 °C

Rejtélyes anomália több űrszonda mozgásában

2008.03.11. 13:05
A Földet lendületszerzés céljából megközelítő űrszondák esetében végzett számítások sem képesek teljességgel megmagyarázni a megfigyelt sebességváltozásokat, írja a Hírek.csillagászat.hu.

A Naprendszer távoli égistestjei felé induló űreszközök útjának megtervezése 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, és annak gravitációs teréből szerzi meg a továbbhaladáshoz szükséges energiát. Az angol szakirodalomban "flyby" néven emlegetett megközelítést magyarul hintamanővernek szoktuk nevezni. Ennek során a bolygó gravitációs tere hatására a szonda felgyorsul, és a megközelítés előttihez képest más 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.

Rejtély után erednek

A NASA Jet Propulsion Laboratory (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" felvetik 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 című folyóirat 2008. március 7-i száma ismerteti.

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

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 hatás megfigyelését.

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.

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 másfél év munkájával az összes, a Földnél hintamanővert végző űreszköz adatait részletesen elemezték. Az analízis 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.

A hatás van, de ki tudja, miért és hogyan

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 létezik.