Na začátku 60. let vědci vyvinuli metodu gravitace, kdy kosmická loď prováděla průlet kolem velkého tělesa, aby zvýšila svou rychlost. Mnoho pozoruhodných misí použilo tuto techniku, včetněPrůkopník,Cestovat, Galileo, Cassini a Nové obzorymisí. V průběhu mnoha z těchto průletů vědci zaznamenali anomálii, kdy zvýšení rychlosti kosmické lodi neodpovídalo orbitálním modelům.
Tomu se začalo říkat „anomálie průletu“, která vydržela navzdory desetiletím studia a odolala všem předchozím pokusům o vysvětlení. K vyřešení tohoto problému tým výzkumníků z Univerzitní institut multidisciplinární matematiky na Universitat Politecnica de Valencia vyvinuli nový orbitální model založený na manévrech prováděnýchJunosonda.
Studie, která se nedávno objevila na internetu pod názvem „ Možná průletová anomálie pro Juno na Jupiteru “, dirigovali Luis Acedo, Pedro Piqueras a Jose A. Morano. Společně zkoumali možné příčiny tzv. „flyby anomálie“ pomocí perijové oběžné dráhyJunosonda. Na základěJuno'spo mnoha oběžných drahách od pólu k pólu nejenže určili, že i ona zažila anomálii, ale nabídli pro to možné vysvětlení.
Umělecký dojem ze sondy Pioneer 10, vypuštěné v roce 1972 a nyní mířící k hvězdě Aldebaran. Kredit: NASA
Abychom to rozlomili, rychlost kosmické lodi je určena měřením Dopplerova posunu rádiových signálů z kosmické lodi k anténám na Deep Space Network (DSN). Během 70. let, kdy Pioneer 10ajedenáct Když byly vypuštěny sondy, navštívily Jupiter a Saturn, než se vydaly k okraji Sluneční soustavy, obě tyto sondy zažily něco zvláštního, když procházely ve vzdálenosti 20 až 70 AU (Uran ke Kuiperově pásu) od Slunce.
V zásadě byly obě sondy o 386 000 km (240 000 mil) dále od místa, kde stávající modely předpovídaly, že budou. Toto vešlo ve známost jako „ Pionýrská anomálie “, který se stal běžnou tradicí v komunitě vesmírné fyziky. Zatímco anomálie Pioneer byla vyřešena, stejné jevy se od té doby objevily mnohokrát s následnými misemi. Jak řekl Dr. Acebo Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Anomálie průletu“ je problém v astrodynamice objevený týmem výzkumníků z JPL pod vedením Johna Andersona na počátku 90. Když se pokusili přizpůsobit celou trajektorii kosmické lodi Galileo při přibližování se k Zemi 8.čt, 1990, zjistili, že to lze provést pouze za předpokladu, že vstupní a výstupní části trajektorie odpovídají asymptotickým rychlostem, které se liší o 3,92 mm/s od toho, co se očekává teoreticky.
„Účinek se objevuje jak v Dopplerových datech, tak v datech měření vzdálenosti, takže to není důsledek techniky měření. Později byla také nalezena při několika průletech, které provedl Galileo znovu v roce 1992NEAR [Near Earth Asteroid Rendezvous mission] v roce 1998, Cassini v roce 1999 nebo Rosetta and Messenger v roce 2005. Největší nesrovnalost byla nalezena pro NEAR (kolem 13 mm/s) a je to připisováno velmi blízké vzdálenosti 532 km od povrch Země v perigeu.'
Kosmická loď Juno od NASA odstartovala 6. srpna 2011 a k Jupiteru by měla dorazit 4. července 2016. Kredit: NASA / JPL
Další záhadou je, že zatímco v některých případech byla anomálie jasná, v jiných byla na prahu zjistitelnosti nebo prostě chyběla – jako tomu bylo např.Junoprolet Země v říjnu 2013. Absence jakéhokoli přesvědčivého vysvětlení vedla k řadě vysvětlení, od vlivu temné hmoty a slapových efektů až po rozšíření obecné teorie relativity a existenci nové fyziky.
Žádný z nich však nepřinesl podstatné vysvětlení, které by mohlo vysvětlit anomálie průletu. K vyřešení tohoto problému se Acedo a jeho kolegové snažili vytvořit model, který by byl optimalizován proJunomise v perijově – tedy v bodě na oběžné dráze sondy, kde je nejblíže středu Jupiteru. Jak vysvětlil Acedo:
„Po příletu Juno k Jupiteru 4. červencečt, 2016, jsme měli nápad vyvinout náš nezávislý orbitální model, abychom jej porovnali s proloženými trajektoriemi, které vypočítával tým JPL v NASA. Koneckonců, Juno provádí velmi blízké průlety kolem Jupiteru, protože výška nad horními mraky (kolem 4000 km) je malý zlomek poloměru planety. Takže jsme čekali, že tu anomálii najdeme. To by byl zajímavý doplněk k našim znalostem o tomto efektu, protože by to dokázalo, že to není jen konkrétní problém s průlety kolem Země, ale že je to univerzální.'
Jejich model zohlednil slapové síly vyvíjené Sluncem a většími satelity Jupiteru – Io, Europa, Ganymede a Callisto – a také příspěvky známých zonálních harmonických. Zohledňovaly také Jupiterova multipolární pole, která jsou výsledkem zploštělého tvaru planety, protože hrají mnohem důležitější roli než slapové síly.Junodosáhne perijové.
Ilustrace vesmírné lodi NASA Juno, která spouští svůj hlavní motor, aby zpomalila a dostala se na oběžnou dráhu kolem Jupiteru. Lockheed Martin postavil kosmickou loď Juno pro Jet Propulsion Laboratory NASA. Poděkování: NASA/Lockheed Martin
Nakonec usoudili, že v průběhu může být přítomna i anomálieJunoprůlety Jupiteru. Zaznamenali také významnou radiální složku této anomálie, která se rozpadala, čím dále se sonda dostala od středu Jupiteru. Jak vysvětlil Acebo:
„Náš závěr je, že anomální zrychlení působí také na sondu Juno v blízkosti perijove (v tomto případě není asymptotická rychlost užitečný koncept, protože trajektorie je uzavřená).Toto zrychlení je téměř stokrát větší než typická anomální zrychlení zodpovědná za anomálii v případě průletů kolem Země. To se očekávalo již v souvislosti s původní intuicí Andersona a spol., že účinek se zvyšuje s úhlovou rotační rychlostí planety (období 9,8 hodiny pro Jupiter vs. 24 hodin Země), poloměrem planety a pravděpodobně jeho hmotnost.'
Zjistili také, že tato anomálie se zdá být závislá na poměru mezi radiální rychlostí kosmické lodi a rychlostí světla a že se velmi rychle snižuje, jak se mění výška plavidla nad Jupiterovými mraky. Tyto problémy nepředpověděla Obecná teorie relativity, takže existuje šance, že anomálie průletu jsou výsledkem nových gravitačních jevů – nebo možná konvenčnějšího efektu, který byl přehlížen.
Nakonec se model, který vyplynul z jejich výpočtů, úzce shodoval s telemetrickými daty poskytnutými společnostíJunomise, i když otázky zůstávají. 'Je nezbytný další výzkum, protože vzor anomálie se zdá velmi složitý a jediná dráha (nebo sekvence podobných drah jako v případě Juno) nemůže zmapovat celé pole,' řekl Acebo. 'Je vyžadována specializovaná mise, ale finanční škrty a omezený zájem o experimentální gravitaci nám mohou zabránit v tom, abychom tuto misi v blízké budoucnosti viděli.'
Je důkazem složitosti fyziky, že i po šedesáti letech vesmírného průzkumu – a sto letech od prvního návrhu Obecné teorie relativity – že naše modely stále zdokonalujeme. Možná jednoho dne zjistíme, že už nezbývají žádné záhady k vyřešení, a vesmír nám bude dávat dokonalý smysl. Jaký hrozný den to bude!
Další čtení: Země a planetární astrofyzika