Слідами однієї аномалії: загадка блукаючих супутників

Чи досліджуватимуть відхилення «піонерів» від законів небесної механіки до наукової революції?

Вчені відчувають подвійне ставлення до аномалій, які нерідко виникають під час досліджень. З одного боку, вони викликають почуття настороженості, і це цілком зрозуміло. Адже за визначенням аномалія - це дивна, незвичайна або унікальна подія, яка не піддається поясненню на основі загальноприйнятих теорій. Тому її поява - сигнал потенційної небезпеки, який може означати, що якась галузь наукового знання потребує коригування, а то й повної перебудови. Водночас дійсно нетривіальні аномалії обіцяють, а часом і віщують серйозні прориви і тому створюють шанси для дослідників, готових поборотися за лідерство на передових рубежах своєї науки. Не дивно, що аномалія, відкрита 13 років тому, швидко отримала чималу популярність і все ще інтригує фахівців і любителів наукових загадок. Це так звана аномалія «Піонерів» (The Pioneer Anomaly).

Космічні близнюки

На початку 1970-х років нашу планету покинули два абсолютно однакових космічних зонди, яким вперше в історії космонавтики належало загубитися в міжзоряному просторі. Їхня місія полягала в дослідженні газових планет-гігантів, куди ще не долітали космічні апарати. Після виконання основного завдання кораблі повинні були вийти на гіперболічні траєкторії і покинути Сонячну систему.

На випадок зустрічі з позаземним розумом «Піонери» укомплектовані позолоченими алюмінієвими платівками з посланням від землян: координати Сонця по відношенню до 15 пульсарів, схема Сонячної системи, малюнок чоловіка і жінки на тлі зонда і ключ для розшифровки - зображення переходу електрона атома водню з одного стану в інший.

Обидві міжпланетні станції були запущені в рамках американського проекту, розпочатого в другій половині 1950-х років. У ті часи всі роботи в галузі космонавтики велися під егідою міністерства оборони США - зокрема, перший американський штучний супутник Землі Explorer-1 був виведений на орбіту армійськими ракетниками. Командування військово-повітряних сил, у свою чергу, санкціонувало розробку і запуск космічних апаратів, здатних досягти другої космічної швидкості і вийти за межі земного тяжіння. Сталося так, що ім'я для цих апаратів запропонував приписаний до ВВС фахівець з організації виставок Стівен Саліга. Він зауважив, що служба громадських зв'язків Армії США стала називати своїх ракетників першопрохідцями (pioneers) космічного простору. Саліга порекомендував використовувати це слово як назву космічних кораблів ВПС - щоб усім стало ясно, хто здійснює найдальші польоти. Так вийшло, що новому сімейству космічних апаратів було присвоєно загальне ім'я Pioneer, яке згодом зберегло і NASA. Перші запуски виявилися невдалими, і тільки Pioneer 5, що стартував 11 березня 1960 року, виконав поставлене завдання з вимірювання магнітних полів, сонячного вітру і космічних променів у просторі між Землею і Венерою.

«Піонери», про яких піде мова, мали номери 10 і 11. Кожен ніс по 11 наукових інструментів і, природно, апаратуру для радіозв'язку. Ці прилади харчувалися від радіоізотопних термоелектричних генераторів, що працюють на теплі, що виділяється при розпаді плутонію-238. На кожній зонді було по чотири таких генератори, попарно укріплених на виносних триметрових штангах. Обидва кораблі оберталися навколо своїх поздовжніх осей таким чином, щоб їхні параболічні радіоантени були весь час спрямовані на Землю.

Міжпланетні зонди Pioneer 10 і Pioneer 11 стали «першими ластівками», відправленими в дальній космос. Основним пунктом їхньої наукової програми було вивчення Юпітера, але в програму місії Pioneer 11 в якості експерименту був включений гравітаційний маневр в поле тяжіння Юпітера і політ до Сатурна.

Pioneer 10 був запущений 2 березня 1972 року, його брат-близнюк - 5 квітня 1973 року. Станції здійснили заплановані прольоти повз Юпітера, а Pioneer 11 на початку вересня 1979 року здійснив також рандеву з Сатурном. Їхня бортова апаратура працювала ще довгі роки після зустрічі з планетами. Pioneer 11 перестав виходити на зв'язок у листопаді 1995 року, після того як віддалився на 6,5 млрд кілометрів від Сонця (43 а. е.). Сигнали з першого зонда надходили набагато довше, аж до 23 січня 2003 року (до цього часу станція перебувала в 82 о.о. від нашої планети - тобто більш ніж в 12 млрд кілометрів). Наприкінці березня 2011 року, під час написання цієї статті, Pioneer 10 віддалився від Сонця на 103 о.о., а Pioneer 11 - на 83 о.о. (зрозуміло, ці оцінки засновані виключно на розрахунку траєкторій - обидві станції з Землі вже давно непостережувані). Вони мчать у протилежні сторони - Pioneer 10 прагне периферії нашої Галактики, а Pioneer 11 - до її центру.

Дивні сили

Перші роки зонди рухалися в суворій відповідності з розрахунками, але згодом виникли дивацтва - самі по собі нікчемні, але незрозумілі. Аналіз радіометричних даних (це були доплерівські зрушення довжин хвиль сигналів, що приходять від кораблів) показав, що вони віддаляються від центру Сонячної системи трохи повільніше, ніж годиться за законами небесної механіки. Складалося враження, що на зонди діє не тільки сонячне і планетарне тяжіння, але і ще якась дуже слабка сила, орієнтована в бік Сонця і тому створює прискорення в цьому ж напрямку. Величина цього прискорення була не те що малою, але абсолютно нікчемною, менше 10^-9 м/с². Ці аберації, звані аномалією «Піонерів», вперше помітили 1980 року, коли відстань між Pioneer 10 і Сонцем досягла 20 о.о. (Pioneer 11 виявив їх при віддаленні від Сонця всього на 15 о.о.).

Рух станцій відстежували співробітники знаменитої Лабораторії реактивного руху (Jet Propulsion Laboratory, JPL), афілійованої з Каліфорнійським технологічним інститутом. Вони переконали керівництво NASA санкціонувати дослідницьку програму для вивчення виявленої аномалії. Здійснення цієї програми почалося в 1995 році в партнерстві з приватною каліфорнійською фірмою Aerospace Corporation. Через три роки учасники проекту опублікували перший звіт, заснований на радіометричних даних, отриманих від Pioneer 10 в 1987 - 1995 роках і від Pioneer 11 до жовтня 1990 року. Результати свідчили, що величина аномального прискорення обох станцій майже однакова і приблизно дорівнює 8х10 − 10 м/с2. І було зовсім вже дивно, що величина цього прискорення практично не змінилася, незважаючи на те що за час спостереження кожен із зондів вдвічі збільшив свою дистанцію від Сонця.