Jedna od velikih misterija savremene astronautike je tzv. 'fly-by anomalija'. Ime se odnosi na čudnovato ubrzanje koje doživljavaju neke sonde tokom izvođenja manevara gravitacionih asistencija koje im donose promene brzine u odnosu na Sunce. Razlike između očekivanih i izmerenih brzina su gotovo zanemarive, reda milimetara u sekundi, i nemaju posledice po misije. Ali koliko god mala razlika nije nula i treba je objasniti. Veliki deo stručnjaka veruje da se radi o prikrivenoj sistematskoj greški, ali mala grupa optimista veruje da se susrećemo sa primerom 'nove fizike' (fenomenom koje je nemoguće objasniti Ajnštajnovom teorijom relativiteta) ili da se radi o prisustvu tamne materije. Fenomen je otkriven kod pojedinih sondi koje su proletale pored Zemlje na putu ka drugim destinacijama u solarnom sistemu, ali ne i kod svih. Očigledno, na drugim planetama nemamo tako preciznu opremu koja bi otkrila taj fenomen ako ga ima, ali Nasina misija 'Junona', koja kruži oko Jupitera od 2016, mogla bi da bude naš alat za otkrivanje tog fenomena ako ga ima.
Niko ne zna kako je sve ovo (bez terena!) stalo u vrh rakete 'Atlas 551' švajcarskog proizvođača 'RUAG'. Njegov spoljnji prečnik je bio 5,4 metra a unutrašnji samo 4,57 m.
Fly-by anomalija je prvi put otkrivena kada je 8. decembra 1990. sonda 'Galileo'[1] proletela prvi put pored Zemlje na putu ka Jupiteru. Tom prilikom sonda je dobila tajanstveno dodatno ubrzanje od 3,93 mm/s. To nije neka posebno spektakularna cifra i niko joj u to vreme nije davao posebnu pažnju, ali 1998, 1999. i 2005. sonde NEAR, 'Cassini-Huygens' i 'Rosetta' su takođe zabeležili neočekivano dodatno ubrzanje. Međutim, neke druge sonde, kao npr. 'MESSENGER', nisu pokazali nikakvu anomaliju. Zapravo, čak ni 'Rosetta' nije zabeležila nekakvo neobično ubrzanje tokom svog sledećeg preletanja pored Zemlje 2009. godine[2]. Zbog toga su mnogi stručnjaci pomislili da je ta misterija zapravo obična sistematska greška.
Važno je napomenuti da ova anomalija nema nikakve veze s tajanstvenim ubrzanjem koje su beležile sonde 'Pioneer 10 i 11' kada su napustile solarni sistem. (Ovo mi je pre desetak godina bila omiljena tema. Tek sam 2008. uspeo da u stranim časopisima pronađem objašnjenje JPL-ovca Slave G. Tariševa koje je bacilo pravo i logično svetlo na uočeni fenomen. Pročitaj i ti – zanimljivo je.) Nedavno je potvrđeno da je 'Poneerovu anomaliju' proizvodio majušni potisak koji su stvarali infracrveni fotoni – tj. toplota – koje su heterogeno emitovali radioizotopski generatori a ovi se odbijali od različitih površina korpusa broda. Da bi se potvrdilo ovo objašnjenje bilo je potrebno napraviti superprecizan modele sonde i dva brodska RTG-a i podvrgnuti ih bezbrojnim numeričkim simulacijama. Međutim, problem sa fly-by anomalijom je što je uočena kod različitih misija i u naizgled slučajnom ritmu. Većina eksperata veruje da se iza ove misterije kriju male nepravilnosti u našem modelovanju Zemljinog gravitacionog polja, a to je, iako se ne radi o novoj fizici, vrlo interesantan fenomen. Toliko, da je čak predložena misija koja treba da utvrdi da li je anomalija stvarna ili ne, kao npr. ESA-ina sonda 'STE-QUEST' ('Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test').
Odstupanja u promenama predviđene brzine tokom fly-bya nekoliko sindi (šesti stubac).
Delovi broda. Spadaće među srednje skupe satelite, Klasu-M.
Orbita Esinog satelita imaće dimenzije 900×32.000 km sa periodom od 16 sati. Uređaji će uz pomoć rubidijimskih atomskih časovnika moći da mere brzinu broda sa greškom od samo 0,2 mm/sec.
Projekcija putanje satelita STE-QUEST.
Sonda 'Junona' nam pruža savršenu mogućnost da proverimo da li se zaista suočavamo sa problemom vezanim za naše znanje o gravitacoimin polju Zemlje ili se stvarno radi o čudnom fenomenu. 'Junona' je ušla u orbitu oko Jupitera rano ujutro 5. jula 2016. sa zadatkom da (između ostalog) precizno mapira gravitaciono polje Jovijanskog džina i utvrdi na kojoj dubini se stvara magnetno polje. 'Junona' se okreće oko Jupitera po vrlo eliptičnoj orbiti sa periodom od 53,4 dana približavajući se planeti na samo 4.200 km tokom perijova[3]. Da bi saznali da li anomalija postoji, prvo je neophodno upoznati sve gravitacione uticaje koji utiču na sondu. U slučaju 'Junone', pored uticaje blizine Jupitera – uključujući nekoliko harmonika[4] – moramo uzmeti u obzir uticaje Galilejevih satelita (Ija, Evropa, Ganimed[5] i Kalisto) i Sunčeve gravitacije (ostali efekti, poput solarnog vetra, pritiska zračenja[6], magnetnog momenta broda, atmosferske frikcije (trenja), elektrostatičkog naboja broda i nepreciznost u određivanju pozicija satelita, smatraju se nakon analiza zanemaivim).
Grupa španskih istraživača – astrofizičara L. Aceba, P. Piquerasa i J. A. Moraña – sa Multidisciplinarnog univerzitetskog instituta za matematiku Politehničke akademije u Valenciji analizirali su telemetrijske podatke uzimajući u obzir sve faktore i došli do zaključka da na sondu deluje neobjašnjivo ubrzanje reda veličine nekoliko mm/sec2, koliko je moglo da se očekuje ako bi 'Junona' bila pod uticajem efekta fly-by anomalije. Neočekivano ubrzanje je imalo dva pika 15 minuta pre i posle prolaska kroz perijovo i trajalo je oko šest časova.
'Junonino' anomalijsko ubrzanje registrovano tokom prolaska kroz perijovo.
Glavni nedostatak ovih rezultata je u tome što je moguće da su 'Junonini' rezultati ipak privremeni i da bi anomalija mogla da bude uzrokovana harmonicima višeg reda gravitacionog polja Jupitera, upravo onim zbog čijih proučavanja je sonda i poslata na svoju misiju. Međutim, istraživači su otkrili da je anomalija uočena mnogo pre i posle prolaska kroz perijovo iako bi, da je proizvod unutrašnje strukture Jupitera, ona bila uočena samo približno pola sata pre i posle svakog fly-bya.
Ako pretpostavimo da je anomalija stvarna, šta bi mogao da bude njen uzrok? Moguće rešenje koje ne zahteva modifikovanje Ajnštajnove Opšte teorije relativiteta ili drugih osnovnih fizičkih zakona uključilo bi tamnu materiju. I stvarno, halo tamne materije oko planeta kakav je predložio naučnik John Anderson rešio bi ovu enigmu, u zamenu za uvođenje čestica vrlo male mase u poređenju sa onima koje je predlagala većina teorijskih modela ali velikog preseka. Nepotrebno je reći da drugi naučnici misle da je takva hipoteza besmislica. Ukratko, još uvek je rano govoriti da li i na 'Junonu' utiče fly-by anomalija, ali u svakom slučaju čak i da bude tako sada imamo platformu koja će rešiti ovu misteriju.
Referenca:
- L. Acedo, P. Piqueras, J. A. Moraño, A possible flyby anomaly for Juno at Jupiter, arXiv:1711.08893, 24 noviembre 2017.
[1] Strašna misija! Zamisli čudo: lansirana je iz šatla 'Atlantis'! Onda je umesto ka Jupiteru poletela ka Veneri, oko koje je 10. februara 1989. proletela na visini od 16.100 km, da bi 10 meseci kasnije (8. decembra 1990.) proletela kraj Zemlje na visini od samo 960 km. Tačno dve godine kasnije, 8. decembra 1992. proletela je i drugi put pored Zemlje (303,1 km) dobivši dodatnu brzinu od 13.230 km/h.
[2] Evropska 'Rosetta' je triput proletela pored Zemlje: jednom 2005, jednom 2007. i jednom 2009.
[3] Prvi perijovo je bio 27. avgusta 2016, drugi 14. oktobra, treći 11. decembra, četvrti 2. februara ove godine, peti 27. marta, šesti 19. maja, itd. Ovako kruženje će se nastaviti do jula 2018. do kada će se izvesti samo 12 fly-bya, a nakon toga će se raspraviti u Nasi šta i kako dalje. Motori ne rade pa je praktično nemoguće menjati orbitu, i to je veliki problem za naučnike. Da nije bilo kvara, sonda je trebala da uđe u 14-dnevnu orbitu i da dok buđžet dozvoljava da izvrši makar 37 orbita...
Apojov, ili kako se već kaže za najudaljeniju tačku na orbiti, iznosi oko 8,1 milion km!
[4] Kad sam onomad pisao e-knjigu o misiji „Junona“, prvi put sam pominjao harmonike. Pošto sam tada prvi put čuo za njih, a shvatio sam da su JAKO bitni, evo kako sam tada pokušao da objasnim šta je to: „ ...Planete su u osnovi sferne (loptaste), tako da je njihovo gravitaciono polje može opisati poznatom Njutnovom potencijalnom formulom V = GM/R. Ali to „u osnovi“ ne znači i „potpuno“. Upravo te devijacije od idealnog jesu ono što nas interesuje. Te razlike nam daju informacije o različitim gustinama u unutrašnjosti planete, momentima inercije duž glavne ose, ili o devijacijama u odnosu na idealnu hidrostatičku ravnotežu. Uslovi za korekciju gravitacionog potencijala nazivaju se harmoničnim koeficijentima i obeležavaju se slovom J. Što ih ima više, manji su i teže ih je izmeriti, ali nam zato daju više informacija o unutrašnjoj strukturi planete. Naprimer, koeficijenat drugog stepena, J2, govori nam o promeni potencijalne energije uzrokovanoj spljoštenošću većine planeta usled rotacije. Odnos između momenata J i potencijala dat je divnom formulom [sledi formula]...
Trenutno znamo vrednosti harmonika gravitacionog potencijala šestog stepena Juputera, J6, no ako želimo da istražimo unutrašnju strukturu džinovske planete moraćemo da izmerimo harmonike iznad J20 pa, ako bude moguće, i iznad J30. Ali nas ne interesuje samo da saznamo da li Jupiter ima čvrsto jezgro. Voleli bi da saznamo da li su karakteristični pojasevi i zone koje vidimo na Jupiteru vidljiva manifestacija unutrašnje strukture...“
[5] Juče je na kvizu bilo pitanje: koji je najveći mesec u Sunčevom sistemu i niko nije ubo, iako su bile date i asocijacije! Odgovor je – Ganimed! Najveći je i najmasivniji u solarnom sistemu – 8% je veći od Merkura, mada poseduje samo 45% njegove mase.
[6] Recimo, taj pritisak je u blizini Jupitera oko 0,32 µN/m2, tj. 0,00000032 grama po m2. U blizini Zemlje on je oko 9,08 µN/m2, odn. 0,0000091 gram po m2.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
