رصيد الصورة: ناسا
في علم البيئة ، الرائد هو 'نوع يؤسس نفسه في بيئة قاحلة سابقًا'. بين البشر ، الرواد 'يستقرون في أرض مجهولة أو غير مطالب بها'. من بين عشاق الفلك ، كان Pioneer أول جهد لنا لسبر النظام الشمسي. ولكن يبدو أن جهود ناسا الرائدة المزدوجة حققت الآن تقدمًا أقل تجاه النجوم مما كان متوقعًا والسؤال هو 'لماذا؟'
عندما تصمم وكالة ناسا ، يتم وضع افتراضات مهمة حول بيئة تشغيل المركبة. في البداية ، كان لدى وكالة ناسا بعض المخاوف العميقة بشأن إرسال مسبارين بايونير عبر حزام الكويكبات - بعد كل شيء ، يمكن أن ينضم إلى كل هؤلاء الصغار الكثير من الصغار!
في غضون ذلك ، يجب أن تخطط ناسا لمسار طيران لنقل المركبة إلى حيث تتجه. بناءً على المسار وحمولة المهمة والمتطلبات الأخرى ، يجب توفير قوة دفع كافية لتوفير المصعد المطلوب. العامل الأكبر الذي يؤثر على قوة الدفع هو الجاذبية - فكلما زاد ما لديك ، زادت قوة الدفع التي تحتاجها.
من بين الأشياء المبتكرة في بايونير 10 و 11 اختيار ناسا لتزويد الزوجين باتصالات ثنائية الاتجاه حساسة لتحولات دوبلر. بناءً على تحولات التردد ، يمكن لوكالة ناسا تحديد سرعة المركبة بالنسبة لمحطات الاستقبال على الأرض. باستخدام هذه البيانات ، يمكن لوكالة ناسا ضبط الدافعات لضبط مسارات المسبار نحو أهدافها. (حلقت كلتا المركبتين بالقرب من كوكب المشتري بينما قام بايونير 11 بتمرير بالقرب من زحل).
طالما كان لدى المجسات وقود ، يمكن لمراقبي المهمة ضبط السرعات والمسارات. ولكن بمجرد نفاد الوقود ، يمكن للزوج أن يحرز تقدمًا فقط بناءً على الجمود وزخم المقلاع الذي يوفره عملاق الغاز.
أثناء الرحلة بالقصور الذاتي ، بدأت الحالات الشاذة في الظهور في حركات المركبتين. أظهرت تحولات دوبلر تباطؤًا غير متوقع خارج مدار أورانوس. في حوالي 20 مسافة بين الأرض والشمس (الوحدات الفلكية - AUs) بدأت ناسا في رؤية 'تحول أزرق' في عمليات إرسال المسبار. واصل الزوجان 'غناء البلوز' بينما تجاوزا مدار نبتون بعد 10 وحدات فلكية. اليوم ، قصرت المجسات عن مواقعها المتوقعة بمسافة أكبر من الأرض إلى القمر ...
تكثر التكهنات بشأن سبب التحول الأزرق. لطالما تم استبعاد بايونير 10 و 11 كمصدر. يستشهد معظم التفكير بزيادة غير متوقعة في الجاذبية نحو الشمس. عند إرسال الإشارات مرة أخرى إلى الأرض ، 'تسقط' الحزم الكهرومغناطيسية للمركبة أكثر في جاذبية الأنظمة الشمسية بشكل جيد وهذا البئر 'أكثر انحدارًا' بطريقة ما مما كان يُعتقد سابقًا. اليوم الزوج ليس بعيدًا في رحلتهما للخارج كما كان متوقعًا.
السؤال هو: 'ما هو مصدر الزيادة غير المتوقعة في الجاذبية التي تؤثر على المجسات؟'. تكمن إحدى الإجابات في 'المادة المظلمة'. الغريب أن سببًا آخر يكمن في 'الطاقة المظلمة' - القوة المضادة للجاذبية في الكون. والثالث في مجال 'نظرية الأوتار' (قد تتقاطع 'أغشية' محلية - ما يعادل 'الصفائح التكتونية' ذات البعد n المحلي - في نظامنا). تتعلق إحدى النظريات بـ 'سحب الجاذبية الخلفية' (من الجانب المقابل للنظام الشمسي مقابل كل مسبار). هناك أيضًا احتمال أن يكون لدى الزوجين 'لحظات رباعية قطبية شمسية' أو أن يتباطأ بسبب مادة غير متوقعة في حزام كويبر خارج أورانوس.
ولكن عندما يتعلق الأمر بفرز الجناة ، يمكننا عادة أن نأخذ نصيحة المفتش لوي من فيلم الدار البيضاء: 'قم بتجميع المشتبه بهم المعتادين'.
كلا المسبارين الآن على بعد أكثر من 70 وحدة فلكية من الشمس - ولكنهما لا يزالان داخل حزام كايبر للنظام الشمسي. يشير نمط التباطؤ الخاص بهم إلى أن مصدر الشذوذ واسع الانتشار ومستمر. في 15 مارس 2005 ورقة بعنوان 'شذوذ رائد: سحب الجاذبية بسبب حزام كايبر'. كتب خوسيه أ. دييغو ومحققون آخرون من معهد علم الفلك التابع للجامعة الوطنية المستقلة في المكسيك: '... ليست هناك حاجة لاستدعاء جميع القوى المظلمة للكون في البداية ، حاول أولاً شرح هذه الظاهرة مع كل يوم محلي الفيزياء وإذا لم يكن ذلك كافيًا ، فاستخدم الآلات الثقيلة '.
وماذا عن الفيزياء اليومية؟ لماذا حزام كويبر بالطبع! لكن ليس بالضبط نفس حزام كويبر القديم. بالنسبة لخوسيه وآخرون ، يبدأ حزام كويبر الآن بالقرب من الشمس بحوالي 10AU - خارج مدار أورانوس مباشرةً - ويبلغ سمكه 1 وحدة فلكية. اكتسب حزام كويبر الخاص بالفريق كتلة إلى ما يقرب من ضعف كتلة حزام الأرض - أقل بقليل من عشرة أضعاف الكتلة المقترحة أصلاً. بالإضافة إلى أن الكتلة منحازة نحو مدار أورانوس. تنشأ الزيادة في الكتلة من حقيقة أن التقديرات الأصلية في إجمالي كتلة حزام كايبر استندت إلى أحجام الجسيمات الصغيرة. من خلال تضمين جليد أكبر حجمًا - جنبًا إلى جنب مع الغازات في تركيبتها ، تعتقد المجموعة أنه يمكن حساب كتلة كافية لشرح سبب تباطؤ المجسات وتحول إشارات الناقل.
يمضي الفريق ليقول: '... من المهم الإشارة إلى أن الحزام سيؤثر أيضًا على مدار نبتون ...'. بشكل فعال ، فإن أي زيادة في الكتلة داخل حزام كايبر من شأنه أن يتسبب في دوران نبتون بالقرب من الشمس قليلاً. يقدر الفريق أن مركز كتلة الكوكب سوف يتحول بمقدار 1.62 كيلومترًا مع كل ثورة كاملة تبلغ 164.8 سنة أرضية.
'يمكن تفسير توزيع الكثافة الشعاعية للكتلة اللازمة لشرح التسارع المستمر نحو الشمس الذي تم قياسه بواسطة مركبات الفضاء بايونير من خلال نماذج تكوين النظام الشمسي.' يكتب الفريق. لشرح التركيز الأكبر للكتلة حول مدار أورانوس ، استمروا في وصف 'النقل الداخلي للمواد' نحو مدار أورانوس بمرور الوقت.
مصدر آخر محتمل للتباطؤ غير المتوقع هو السحب على المركبة الناتج عن التدفق المستمر للجسيمات داخل الحزام. في هذا السيناريو ، سيكون لحزام كويبر أيضًا مادة أكثر مما كان يعتقد في الأصل ، ولكن سيتم توزيع هذه المادة بالتساوي (لحساب الخسارة المستمرة التي لوحظت في زخم كل مسبار).
أيا كان المصدر النهائي لتباطؤ المسبار ، فليس هناك خوف من أن - مثل أسلافه الثلاثة الأوائل - سيعكس مساره ويحترق في أي جو قريب منا. لا يزال هذان الرائدان متجهين إلى 'الاستقرار في منطقة مجهولة أو غير مُطالب بها' كأول مبعوثين للبشرية إلى النجوم.
بقلم جيف باربور
