"Аномалия Пионеров" подрывает устои физики

Группе ученых из лаборатории реактивного движения (JPL) в Пасадене, Калифорния, и Лос-Аламосской национальной лаборатории под руководством Джона Д. Андерсона (John D. Anderson) удалось показать, что аномалии в движении космических аппаратов могут иметь серьезные последствия для классической механики.

Начиная с 1970-х годов в выборе трасс для космических аппаратов широко используются так называемые «пертурбационные маневры» в гравитационном поле массивных планет, позволяющие придать аппаратам дополнительный импульс и тем самым существенно сократить сроки полета и увеличить массу аппарата.

Впервые подобный класс маневров был использован в ходе так называемых «Больших Туров», когда исследовательские зонды «Пионер-10» и «Пионер-11», а также «Вояджер-1» и «Вояджер-2» получали дополнительный импульс при прохождении вблизи самых массивных планет Солнечной системы – Юпитера и Сатурна.

Это позволило им развить скорость, достаточную для того, чтобы покинуть Солнечную систему. В последние годы гравитационные маневры использовались, в частности, зондом «Кассини».

Использование гравитационных маневров в поле массивных планет оказалось успешным и позволило впервые в истории человечества не только провести обследование планет-гигантов, но и отправить аппараты за пределы Солнечной системы вообще. Вместе с тем, в движении зондов очень скоро стали наблюдаться загадочные аномалии.

Выяснилось, что зонды теряют скорость заметно быстрее, чем следовало из уравнений небесной механики, справедливость которых признается и классической, и релятивистской физиками. Аномальное поведение можно интерпретировать как направленное к Солнцу ускорение, действующее на зонды.

Впервые действие этого необъяснимого эффекта было обнаружено в движении наиболее удалившегося от Земли зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Расчеты показывают, что это ускорение составляет 8,74 +/-1,33х10^-8 см/с². Его же можно интерпретировать и как ускорение времени. Неоднократные попытки объяснить странный эффект особенностями конструкции самих аппаратов – например, истечением газов – не увенчались успехом. Высказывалось предположение, что наблюдаемые аномалии связаны с систематической ошибкой, однако доказать это никому не удалось.

Более того, последние исследования показывают, что данный эффект в большей или меньшей степени характерен не только для «Пионеров» и «Вояджеров», но и для других космических аппаратов, совершающих гравитационные маневры в поле планет. Возможно, наблюдаемые расхождения с теорией вызваны гравитационным воздействием вещества, которое до сих пор не удавалось обнаружить иными способами и условно обозначаемого как «темная материя». Возможно, потребуется коренная ревизия постулатов небесной механики.

Группе д-ра Андерсена удалось показать, что гравитационная аномалия «Пионеров» связана именно с пертурбационным маневром, совершенным аппаратами. Более того – выяснлось, что как минимум три аппарата, совершивших гравитационный маневр в поле Земли, несколько изменили свою энергию в геоцентрической системе при прохождении вблизи Земли, чего, согласно основам механики, быть не может в принципе. Это относится к зондам Galileo-I, NEAR, Rosetta, а также, вероятно, зондам Cassini и Messenger.

По мнению авторов исследования, новые результаты позволяют говорить о возможности наличия слабых и до сих пор не описанных эффектов при передаче энергии в ходе гравитационного взаимодействия двух тел. И если это действительно так, «гравитационная аномалия Пионеров» способна неожиданно поставить под удар казалось бы незыблемые устои классической механики.