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Forscher erklären Pioneer-Anomalie

Zeichnung zeigt Sonde mit kleinem sechseckigem Rumpf mit langen Auslegern und großer Parabolantenne, auf eine ferne Sonne gerichtet, am Jupiter mit weißen und bräunlichen Wolkenbändern [1] Seit Jahrzehnten rätseln Forscher und Weltraumenthusiasten über eine Kraft, die die beiden Raumsonden Pioneer 10 und 11 in Richtung Sonne zieht. Portugiesische Forscher glauben nun, dass diese „Pioneer-Anomalie“ eine sehr einfache Ursache hat. Der Effekt lässt sich demnach problemlos durch eine ungleichmäßige Wärmeabstrahlung der Sonden erklären.

Zeichnung: NASA Ames Research Center

Ausströmendes Gas, die Schwerkraft unbekannter Objekte im Sonnensystem oder gar exotische Facetten der Schwerkraft müssen dagegen nicht bemüht werden, folgern die Forscher um Frederico Francisco und Jorge Páramos von der Technischen Universität Lissabon. Ihrer Ansicht nach „kann das Rätsel der anomalen Beschleunigung der Pioneer-Sonden nun endlich zu den Akten gelegt werden“.

Pioneer 10 war im Jahr 1972 gestartet, ein Jahr später folgte ihre baugleiche Schwestersonde Pioneer 11. Beide Sonden absolvierten einen Vorbeiflug am Gasriesen Jupiter, Pioneer 11 hatte zusätzlich ein Rendezvous mit dem Saturn. Seitdem rasen beide Sonden mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Kilometern pro Sekunde in die Tiefen des Alls. Ihre letzten Lebenszeichen wurden im Januar 2003 bzw. im November 1995 empfangen.

Die Funksignale bestätigten, dass die Sonden durch eine bis dahin nicht erklärbare Kraft abgebremst werden. Beide Sonden erfahren demnach eine schwache, aber permanente Beschleunigung von rund 0,8 Milliardstel Meter pro Sekundenquadrat in Richtung Sonne. Die Palette der angebotenen Erklärungen für diese Anomalie reichte von sehr profanen Effekten bis hin zu notwendigen Modifikationen der Gravitationstheorie.

Francisco, Páramos und Kollegen untersuchten, in welchem Maße die Wärmeabstrahlung der Sonden zu dem Phänomen beitragen könnte. Die Forscher erstellten dazu ein Computermodell der Sonden mit ihrer sechseckigen Zentraleinheit, der großen Antennenschüssel und den beiden Auslegern mit den Radionuklidbatterien. Mithilfe eines Algorithmus, der zur Erstellung dreidimensionaler Computergrafiken benutzt wird, berechneten sie dann, wie die an verschiedenen Stellen produzierte Wärme an der Sondenkonstruktion gespiegelt bzw. diffus reflektiert wird.

Des Rätsels Lösung liegt demnach in der 2,74 Meter weiten Hauptantenne der Sonden. Diese Antenne ist permanent auf das Zentrum des Sonnensystem gerichtet, um den Kontakt zur Erde zu halten. Aus der Zentraleinheit auf ihrer Rückseite wird jedoch ständig Wärme freigesetzt. Diese wird an der Rückwand der Antenne reflektiert und ungefähr in Flugrichtung der Sonden gelenkt. Der in Gegenrichtung orientierte Rückstoß der Infrarot-Photonen kann die beobachtete Beschleunigung fast vollständig erklären, ergaben die Berechnungen der Forscher.

Forschung: Frederico Francisco und Jorge Páramos, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lissabon, und Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Porto, Porto; und andere

Preprint arXiv:1103.5222

WWW:
Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Universidade Técnica de Lisboa [2]
Pioneer, NASA [3]
The Pioneer Anomaly [4]
Phong Shading [5]

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Asteroiden als Schwerkraft-Sonden [6]