ANOMALIA SOND PIONIER

Anomalia sond Pionier

Czy winne jest światło?

Festiwal Nauki

w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

Czy winne jest światło?

16 września 2006

•Program badania Układu Słonecznego
•Lata 1958-1978, 20 sond
•Pierwsze misje: w kierunku KsięŜyca,

między orbitą Ziemi a Wenus,
pomiary promieniowania Słońca

Sondy kosmiczne Pionier

pomiary promieniowania Słońca

Najsłynniejsze: Pionier 10 i 11

Pionier 10 i 11

•Badanie zewnętrznych planet:

Jowisza i Saturna

•Pierwsze sztuczne obiekty, które

opuściły Układ Słoneczny

Pionier 10 i 11

Gdzie teraz jest Pionier 10?

90 razy dalej od Słońca
niŜ Ziemia, światło
przebywa tę odległość
w ponad 12 godzin

Za ok. 2 mln lat

dotrze do

Aldebarana...

...z tabliczką
- listem do
kosmitów ☺

Anomalia sond Pionier

Przed wystrzeleniem sondy kosmicznej oblicza się jej
przewidywaną orbitę, uwzględniając m.in.:
•tory planet

•przyciąganie grawitacyjne

•efekty relatywistyczne...

MoŜna następnie porównać przewidywane
połoŜenie i prędkość z rzeczywistym.

W przypadku sond Pionier nie zgadza się!

W przypadku sond Pionier nie zgadza się!
Pomiary wykazują, Ŝe sondy są hamowane
pewną niewielką, nie przewidzianą siłą!

Jak mierzyć prędkość sondy?

Do bardzo dokładnego mierzenia prędkości Pioniera
wykorzystuje się efekt Dopplera

efekt Dopplera

efekt Dopplera.

Wysokość dźwięku zaleŜy
od prędkości jego źródła:

Podobnie jest dla fal
radiowych:

WyŜszy dźwięk

NiŜszy dźwięk

Anomalia sond Pionier (2)

MoŜna obliczyć, o ile powinna zmienić się
częstość sygnału radiowego po przesłaniu
go do sondy i z powrotem...

... a następnie porównać tę

częstość z wynikiem obserwacji.

Wykres pochodzi z pracy

Indication, from Pioneer 10/11...,

J.D. Anderson i in.

Gdzie tkwi błąd?

Tego nikt nie wie!!!

Czy winne jest światło?

Pierwsza z moŜliwości: za anomalię odpowiada jakiś
„klasyczny” efekt, którego nie wzięliśmy pod uwagę:

•nieznane, niewidoczne obiekty w Układzie
Słonecznym

Być moŜe winne jest światło, dokładniej: fale radiowe,
którymi mierzymy prędkość.

•pył międzyplanetarny, hamujący sondę

•rozszerzanie się Wszechświata

•...

A moŜe nowe prawa fizyki?

Skoro nie udaje się wyjaśnić anomalii Pioniera w
obrębie znanych zjawisk, to moŜe jesteśmy na tropie
nowych praw fizyki?

Zmieńmy

Teoria

Pole

Ciemna

Zmieńmy

teorię

względności!

Teoria

strun!

Pole

skalarne!

Zmodyfikowana

grawitacja!

Ciemna

materia!

Pierwsza planeta odkryta na
podstawie matematycznych
przewidywań:

Odkrycie Neptuna

•tablice ruchu Urana
•obserwacje Urana pokazały

Zaburzenia ruchu Urana udało się wyjaśnić

w ramach znanej fizyki;

ich badanie doprowadziło do odkrycia nowej planety.

•obserwacje Urana pokazały
rozbieŜność z tablicami
•okazało się, Ŝe ruch Urana
zaburza inna, nieznana planeta

Promieniowanie cieplne

Rozgrzane ciała świecą w róŜny
sposób w zaleŜności od
temperatury.

NatęŜenie

Klasyczna teoria

Długość fali

NatęŜenie

Doświadczenie

W tym przypadku badanie
rozbieŜności między teorią a
doświadczeniem doprowadziło
do mechaniki kwantowej

mechaniki kwantowej

mechaniki kwantowej,

nowej teorii fizycznej.

Co dalej z anomalią Pioniera?

Dokładne zbadanie anomalii
sond Pionier moŜe nas
doprowadzić do lepszego
zrozumienia znanych zjawisk
fizycznych...

fizycznych...

... a moŜe nawet do odkrycia nowych praw fizyki!

Dlatego warto przyjrzeć się temu zjawisku dokładnie!

Plany na przyszłość

Ilustracja pochodzi z pracy

A mission to explore the Pioneer anomaly,

H. Dittus i in.