Credito immagine: NASA
In ecologia un pioniere è una “specie che si stabilisce in un ambiente precedentemente arido”. Tra gli esseri umani, i pionieri “si stabiliscono in un territorio sconosciuto o non rivendicato”. Tra gli astrofili, Pioneer è stato il nostro primo tentativo di sondare il sistema solare. Ma sembra che i due sforzi pionieristici della NASA abbiano ora fatto meno progressi verso le stelle del previsto e la domanda è 'Perché?'.
Quando la NASA progetta una missione, vengono fatte delle ipotesi sull'ambiente operativo del velivolo. Inizialmente, la NASA aveva delle profonde preoccupazioni sull'invio delle due sonde Pioneer attraverso la fascia degli asteroidi: dopotutto, a tutte quelle grandi potevano unirsi molte altre piccole!
Nel frattempo la NASA deve pianificare una traiettoria di volo per portare il velivolo dove sta andando. In base al percorso, al carico utile della missione e ad altri requisiti, deve essere fornita una spinta sufficiente per fornire il sollevamento necessario. Il grande fattore che influenza la spinta è la gravità: più ne hai, più spinta hai bisogno.
Una delle cose ingegnose di Pioneer 10 e 11 è stata la scelta della NASA di dotare la coppia di comunicazioni bidirezionali sensibili agli spostamenti doppler. Sulla base dei cambiamenti di frequenza, la NASA potrebbe determinare la velocità dell'imbarcazione rispetto alle stazioni riceventi sulla Terra. Usando questi dati, la NASA potrebbe regolare i propulsori per mettere a punto le traiettorie delle sonde verso i loro obiettivi. (Entrambi i velivoli hanno volato vicino a Giove mentre Pioneer 11 ha fatto un sorpasso vicino a Saturno.)
Finché le sonde avevano carburante, i controllori di missione potevano regolare velocità e traiettorie. Ma una volta esaurito il carburante, la coppia ha potuto fare progressi solo sulla base dell'inerzia e dello slancio della fionda forniti da un gigante del gas.
Fu durante il volo inerziale che iniziarono a manifestarsi anomalie nei movimenti dei due velivoli. Gli spostamenti Doppler hanno mostrato una decelerazione inaspettata appena fuori dall'orbita di Urano. A circa 20 distanze terra-sole (unità astronomiche - AU) la NASA ha iniziato a vedere uno 'spostamento verso il blu' nelle trasmissioni delle sonde. La coppia ha continuato a 'cantare il blues' mentre superava l'orbita di Nettuno 10 AU dopo. Oggi le sonde non sono riuscite a raggiungere le posizioni previste di una distanza maggiore della Terra dalla Luna...
Le speculazioni sulla causa del passaggio al blu abbondano. Gli stessi Pioneer 10 e 11 sono stati a lungo esclusi come fonte. La maggior parte del pensiero cita un aumento inaspettato dell'attrazione gravitazionale verso il Sole. Quando si trasmettono i segnali alla Terra, i raggi elettromagnetici del velivolo 'cadono' ulteriormente nel pozzo gravitazionale del sistema solare e quel pozzo è in qualche modo 'più ripido' di quanto si pensasse una volta. Oggi i due non sono così avanti nel loro viaggio di andata come previsto.
La domanda è: 'Qual è la fonte dell'aumento imprevisto della gravità che interessa le sonde?'. Una risposta sta nella 'materia oscura'. Stranamente, un altro risiede nell''energia oscura' - la forza opposta alla gravità nell'Universo. Un terzo è nel dominio della 'teoria delle stringhe' (due 'brane' locali - l'equivalente di 'piastre tettoniche' n-dimensionali locali - possono intersecarsi nel nostro sistema). Una teoria si riferisce alla 'trazione gravitazionale all'indietro' (dal lato opposto del Sistema Solare di fronte a ciascuna sonda). C'è anche la possibilità che la coppia stia avendo 'momenti quadrupolari solari' o venga rallentata da materiale inaspettato nella fascia di Kuiper al di fuori di Urano.
Ma quando si tratta di individuare i colpevoli, di solito possiamo seguire il consiglio dell'ispettore Louie dal film Casablanca: 'Raccogli i soliti sospetti'.
Entrambe le sonde sono ora a più di 70 UA di distanza dal Sole, ma ancora all'interno della fascia di Kuiper del sistema solare. Il loro modello di decelerazione suggerisce che la fonte dell'anomalia è diffusa e costante. In un documento del 15 marzo 2005 intitolato 'Anomalia pionieristica: attrazione gravitazionale dovuta alla cintura di Kuiper'. Jose A. Diego e altri ricercatori dell'Istituto di Astronomia dell'Università Nazionale Autonoma del Messico scrivono: “… non c'è bisogno di invocare tutte le forze oscure dell'Universo all'inizio, prova prima a spiegare questo fenomeno con fisica e se questo non basta usa macchinari pesanti”.
E la fisica quotidiana? Perché la fascia di Kuiper, naturalmente! Ma non esattamente la stessa vecchia cintura di Kuiper. Per Jose et al, la fascia di Kuiper ora inizia a circa 10 AU più vicino al Sole - appena fuori dall'orbita di Urano - e ha uno spessore di 1 AU. La fascia di Kuiper del team ha guadagnato una massa quasi doppia rispetto a quella terrestre, poco meno di dieci volte quella proposta originariamente. Inoltre quella massa è sbilanciata verso l'orbita di Urano. L'aumento di massa deriva dal fatto che le stime originali della massa totale della fascia di Kuiper si basavano su piccole dimensioni del particolato. Includendo ghiaccio di dimensioni maggiori, insieme ai gas nella sua composizione, il gruppo ritiene che si possa tenere conto di una massa sufficiente per spiegare perché le sonde hanno rallentato e i segnali della portante si sono spostati.
Il team continua dicendo: '... è importante sottolineare che la cintura influenzerebbe anche l'orbita di Nettuno...'. In effetti, qualsiasi aumento di massa all'interno della fascia di Kuiper farebbe sì che Nettuno si avvicini leggermente a spirale al Sole. Il team stima che il centro di massa del pianeta si sposterebbe di 1,62 chilometri con ogni rivoluzione completa di 164,8 anni terran.
'La distribuzione della densità radiale della massa necessaria per spiegare l'accelerazione costante verso il Sole misurata dalle navicelle spaziali Pioneer può essere spiegata da modelli di formazione del sistema solare'. scrive la squadra Per spiegare la maggiore concentrazione di massa attorno all'orbita di Urano, continuano a descrivere 'un trasporto interno di materiale' verso l'orbita di Urano nel tempo.
Un'altra potenziale fonte di rallentamento imprevisto è il trascinamento dell'imbarcazione causato da un flusso costante di particelle all'interno della cintura. In questo scenario, la fascia di Kuiper avrebbe anche più materia di quanto originariamente pensato, ma quel materiale sarebbe distribuito uniformemente (per tenere conto della perdita costante osservata nel momento di ciascuna sonda).
Qualunque sia la fonte ultima della decelerazione della sonda, non c'è paura che, come i suoi tre primi predecessori, la coppia invertirà la rotta e brucerà in qualsiasi atmosfera vicino a noi. Questi due Pionieri sono ancora destinati a 'stabilirsi in un territorio sconosciuto o non rivendicato' come primi emissari dell'umanità verso le stelle.
Scritto da Jeff Barbour