Источник аномального ускорения межпланетных станций в окрестностях Земли, которое грозило ниспровергнуть теорию гравитации, может выдать лишнее тепло.
Если ускорение дают частицы темной материи, космические зонды должны греться во время просвета. Правда, пока неясно как.
О непонятном эффекте, вскрывшемся при обработке данных о движении межпланетных космических аппаратов, поначалу американских
Источник аномального ускорения межпланетных станций в окрестностях Земли, которое грозило ниспровергнуть теорию гравитации, может выдать лишнее тепло.
Если ускорение дают частицы темной материи, космические зонды должны греться во время просвета. Правда, пока неясно как.
О непонятном эффекте, вскрывшемся при обработке данных о движении межпланетных космических аппаратов, поначалу американских Pioneer 10 и Pioneer 11, ученые всего мира впервой услышали 11 лет назад, в августе 1998 года. Эффект быстро назвали аномалией «Пионеров». Заключается он в очень слабом, но постоянном замедлении межпланетных станций, которое не вписывается в расчеты. Величина этого ускорения — около 1 нм/c2, или 3 см/c/год, что ничтожно по бытовым меркам, но надежно измерено и просит объяснения.
Природа этой аномалии остается предметом споров. Некоторые стопроцентно авторитетные физики считают, что это признаки «новой физики», нашего недопонимания истинной природы гравитации или квантовой теории (или того и другого). Другие, более уважаемые спецы считают, что открытый 11 лет назад эффект уже «закрыт», поначалу благодаря работам 1-го из его открывателей — Вячеслава Турышева, показавшего, что таким «аномальным» образом могут проявляться неравномерности прогрева «Пионеров».
Новая аномалия. Все таки три года назад, аккурат к восьмой годовщине открытия аномалии «Пионеров», та же группа создателей (за вычетом Турышева) нашла теоретикам новейшую мигрень. Анализируя данные слежения за космическими аппаратами в процессе гравитационного маневра вблизи Земли, ученые зафиксировали аномальные конфигурации скорости межпланетных станций. Этот эффект по аналогии с прежним назвали пролетной аномалией.
Точность измерения скорости космических аппаратов в окрестностях нашей планеты достигает примерно 0,1 мм/c (около 0,0004 км/час — ни одному гаишнику с радаром и не снилось). А расхождение меж расчетной и измеренной скоростями движения на облетных траекториях достигало 13,5 мм/с. Такое значение не спишешь на ошибки в измерениях.
Примерно 18 месяцев назад ученые даже вывели единый и довольно обыденный эмпирический закон, в который отлично вписались аномалии движения 5 совершенно не похожих аппаратов, в различное время сближавшихся с Землей по дороге к дальним планетам. Добавки и недостачи энергии движения, которые обнаружились у станций Cassini, Galileo, MESSENGER, NEAR и Rosetta, оказались все как один пропорциональны изменению косинуса угла меж «входящим» и «исходящим» отрезками облетной траектории. Не то чтобы этот закон что-то объяснил, но игнорировать эффект стало еще сложнее.
Объяснений облетной аномалии предложено много, от совершенно обыденных вроде ошибки в определении положения Земли при анализе данных до очень экзотических вроде кардинальной модификации личной и общей теорий относительности. Последние принято объединять термином «новая физика». На ее фоне новое объяснение, выдвинутое Стивеном Адлером из Института передовых исследований в американском Принстоне, кажется чуть не ограниченным. По его мнению, в пролетной аномалии повинна темная материя, конденсирующаяся вблизи Земли.
Темное рассеяние
Гипотеза Адлера состоит в том, что лишнее ускорение возникает за счет рассеяния частиц темной материи на протонах и нейтронах того вещества, из которого состоит облетающий Землю космический аппарат. Если обыденный и «темный» миры не изолированы друг от друга напрочь, а связаны хоть каким-то взаимодействием (не считая гравитационного), периодически частицы темного вещества и атомных ядер будут сталкиваться, передавая друг другу энергию. По расчетам Адлера, это взаимодействие может как ускорить, так и затормозить спутник, зависимо от траектории.
При всем этом зависимость оказывается похожей как раз на тот универсальный закон, что эмпирически вывели первооткрыватели эффекта. В существовании формы материи, которая фактически не взаимодействует с обыденным веществом, не колеблются большая часть ученых. Гравитационные признаки ее наличия астрономы видят везде — и в орбитах звезд внутри Галактики, и во взаимном хороводе галактик в скоплениях, и в самой крупномасштабной структуре космоса, которая вряд ли могла сформироваться без дополнительного притяжения невидимого вещества. Так что в принципе наличие темной материи в окрестностях Земли не только разумно, ну и стопроцентно ожидаемо.
Взаимодействие меж обыденным и темным веществами также нельзя считать особо смелым предположением. В арсенале физиков-теоретиков есть 10-ки, если не сотки конкурирующих теорий, который объясняют существование темной материи и допускают возможность обмена энергией меж обыденным и темным веществами.
Более того, есть даже экспериментальные данные, которые недвусмысленно указывают на наличие такого взаимодействия в природе. Это поначалу предварительные данные исследовательских проектов PAMELA, ATIC и Fermi, которым, может быть, удалось смотреть перевоплощение частиц темной материи в частицы обыденного вещества. Не считая того, существует опыт DAMA/LIBRA, который напрямую ощутил «удары» частиц темной материи по детектору (по последней мере так молвят его создатели; независимого подтверждения этих данных до сих пор нет).
Итак, темная материя есть и наверняка может взаимодействовать с видимым веществом. Почему же тогда не принять объяснение, предложенное Адлером, и навеки не забыть о призраках «новой физики»?
Тень на плетень
Дело в том, что свойства темной материи, которые нужны для устранения аномалии, совсем не похожи на те, что кажутся естественными большинству других ученых. «Темная частица Адлера» должна еще охотнее участвовать во содействии с протонами и нейтронами, чем того хотелось бы большинству теоретиков. Чтобы при всем этом не нарушить другие имеющиеся ограничения на это взаимодействие, те же частицы должны быть существенно легче, чем принято считать.
Но легкость в свою очередь мешает частицам копиться в окрестностях Земли, а чтобы объяснить аномалию, их рядом с нами должно быть много. В итоге Адлеру приходится использовать неудобную идею накопительного каскада, согласно которой плотность темного вещества рядом с Землей существенно выше, чем в Солнечной системе, а в Солнечной системе — существенно выше, чем в среднем по Галактике. Это не очень естественно, не очень отлично и до конца непонятно.
В общем, чтобы спастись от «новой физики», приходится городить какие-то колченогие схемы, и что лучше — большой вопрос. В похожих ситуациях решающее слово всегда за тестом.
Космический градусник
Похоже, Адлер в конце концов придумал, как экспериментально проверить его пока только умозрительную теорию. Предложение Адлера — поставить на космический аппарат, пролетающий рядом с Землей, собственного рода градусник, а точнее, отлично изолированный от мира вокруг нас калориметр — измеритель тепловой энергии.
Ученый и в прежних собственных работах вскользь упоминал об этом эффекте. Суть его очень проста: энергия и импульс, которые передаются протонам и нейтронам атомных ядер при содействии с частицами темной материи, зависят от черт движения первых относительно вторых. А значит, не считая некоторого общего для всех «среднего» импульса, который и порождает аномалию, должен быть некоторый разброс в движении частиц. Этот разброс исходя из убеждений термодинамики представляет собой теплоту, выделяющуюся при движении межпланетной станции через скопление окружающих Землю темных частиц — независимо от того, ускоряют они аппарат или замедляют его.
Непосредственно это тепло ученый и предлагает отыскивать в своей новой работе, для чего, по его мнению, нужно оснащать точными калориметрами будущие межпланетные станции, которые будут совершать гравитационные маневры вблизи массивных тел. Можно также проанализировать имеющиеся телеметрические данные — для тех же Galileo или NEAR, к примеру — на предмет аномального нагрева во время просвета мимо Земли. Свою идею Адлер представил на рассмотрение комиссии Гос академии США, которая занимается планированием космических исследований на следующее десятилетие. С обоснованием этого предложения можно ознакомиться на сайте электронных препринтов Корнельского института.
Неопределенность
Вобщем, величина эффекта очень зависит от целого ряда по-прежнему неизвестных черт, включая массу частиц темной материи и относительный вклад во взаимодействие упругих и неупругих процессов. Для частицы массой 1 МэВ изменение температуры, соответствующее просвету мимо Земли, может составить от миллионных толикой до тысяч градусов, так что неопределенность этих предсказаний остается очень важной.
Независимо от финального конца приятно сравнить это с точностью теории относительности, благодаря которой мы можем вычленить непонятный эффект. Новая физика, если она есть, еще только-только начинается.
Источник: istina.rin.ru
Похожие статьи:
