Anomalia pionieristica risolta dalla tecnica della computer grafica degli anni '70

Durante l'ultimo decennio circa, l'anomalia pionieristica è diventata uno dei grandi enigmi irrisolti dell'astrofisica.

Il problema è questo. I veicoli spaziali Pioneer 10 e 11 sono stati lanciati verso Giove e Saturno nei primi anni '70. Dopo i rispettivi sorvoli, hanno continuato su traiettorie di fuga fuori dal Sistema Solare, decelerando entrambi sotto la forza di gravità del Sole. Ma misurazioni accurate mostrano che le navicelle stanno rallentando più velocemente di quanto dovrebbero, come se fossero attirate da una forza in più invisibile verso il Sole.

Questa decelerazione è minima: solo (8,74±1,33)×10^−10 ms^-2. La grande domanda è da dove viene.

Il primo pensiero degli ingegneri di veicoli spaziali è stato che il calore emesso dal veicolo spaziale potrebbe causare esattamente questo tipo di decelerazione. Ma quando esaminarono il modo in cui il calore veniva prodotto sull'imbarcazione, dal plutonio a bordo, e come questo doveva essere stato emesso, non furono in grado di fare i conti. Al massimo, gli effetti termici potrebbero rappresentare solo il 67 percento della decelerazione, hanno detto.

Ciò ha portato a una serie di altre idee, alcune delle quali ho trattato in questo blog. Ad esempio, l'anno scorso abbiamo esaminato il lavoro escludendo la possibilità che la gravità potesse essere più forte a queste distanze, poiché dovremmo essere in grado di vedere un effetto simile sull'orbita di altri oggetti distanti come Plutone.

Ora Frederico Francisco dell'Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear di Lisbona, in Portogallo, e alcuni amici, dicono di aver capito dove sono andati male i calcoli termici.

Questi ragazzi hanno rifatto i calcoli utilizzando un modello al computer non solo di come viene emesso il calore, ma anche di come viene riflesso dalle varie parti del veicolo spaziale. Le riflessioni si rivelano decisive.

I calcoli precedenti hanno solo stimato l'effetto delle riflessioni. Quindi Francisco e co hanno usato una tecnica di modellazione al computer chiamata Ombreggiatura Phong per capire esattamente come si riflette il calore emesso e in quale direzione finisce per viaggiare.

L'ombreggiatura Phong è stata inventata negli anni '70 ed è ora ampiamente utilizzata in molti pacchetti di rendering per modellare i riflessi in tre dimensioni. È stato originariamente sviluppato per gestire i riflessi della luce visibile da oggetti 3D, ma funziona altrettanto bene per la luce a infrarossi, affermano Francisco e co.

In particolare, l'ombreggiatura di Phong ha permesso al team portoghese di includere per la prima volta l'effetto del calore emesso da una parte della navicella chiamata vano principale dell'attrezzatura. Si scopre che il calore dalla parete posteriore di questo compartimento viene riflesso dal retro dell'antenna della navicella (vedi diagramma sopra).

Poiché l'antenna punta verso il Sole, verso la Terra, i riflessi sulla sua schiena tenderebbero a decelerare la navicella. La radiazione di questa parete, in una prima iterazione, si rifletterà sull'antenna e aggiungerà un contributo alla forza nella direzione del sole, dicono Francisco e co.

Ecco, questa componente extra di forza fa la differenza. Come hanno affermato Francisco e co.: Con i risultati qui presentati diventa sempre più evidente che, a meno che non emergano nuovi dati, il puzzle dell'accelerazione anomala delle sonde Pioneer può essere finalmente messo a tacere. In altre parole, l'anomalia scompare.

Naturalmente, altri gruppi vorranno confermare questi risultati e un team del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, che ha raccolto i dati sulle sonde, sta attualmente studiando il proprio modello al computer dei bilanci termici.

Sarà interessante vedere se sono d'accordo. Se lo fanno; problema risolto. Probabilmente!

Rif: arxiv.org/abs/1103.5222 : Modellazione del contributo termico riflettente all'accelerazione della navicella spaziale Pioneer

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