Picked up for you: Anomaliaa, anomaliaa..

1970-luvun alussa Pioneer 10 luotaimesta tuli ensimmäinen ihmisen tekemä vekotin, joka on lentänyt ulos Aurinkokunnasta. Pioneerin laukaisemiseen käytetty kantoraketti ei ollut kuitenkaan niin tehokas, että luotain olisi suoraan raketin voimalla voinut karata Auringon painovoimakentästä ulos. Tästä syystä luotain suunniteltiin kaappaamaan lisää energiaa Jupiter-planeetan painovoimakentästä lentämällä hyvin likeltä sitä. Tuolloin planeetaa käytettiin ikään kuin linkona ja Pioneer 10 sai riittävän lisäyksen energiaansa, että pystyi livistämään aurinkokunnasta. Sittemmin vastaavasta linkotekniikasta (swing-by) on tullut standardi tapa miten luotainten nopeuksia muutetaan ja niitten ratoja käännellään ja väännellään.

Linkoamisen aikana luotain saa nopeutta suhteessa Aurinkoon, mutta itse planeetan keskipisteen suhteen ei klassisen mekaniikan mukaan pitäisi mitään nopeuden lisäystä tulla. Tämä johtuu ihan gravitaatiokentän ominaisuuksista ja sen symmetrisyydestä pallomaisen planeetan läheisyydessä. Viime vuosina useat luotaimet ovat lentäneet Maan ohi ja näiden nopeudet on voitu mitata hyvin tarkkaan ennen ja jälkeen lennon. Tulos on, että luotainten nopeudet ovat melko tarkkaan samat Maan suhteen ennen linkoa ja sen jälkeen. Mutta vain melkein. Luotaimet ovat saaneet linkoamisen aikana ylimääräistä nopeutta muutaman millimetrin per sekunti. Kun ajattelee, että luotainten nopeudet Maan suhteen ovat luokkaa tuhansia metrejä sekunnissa muutama millimetri/s kuulostaa lähinnä pieneltä mittausvirheeltä. Mutta käytetyt mittaustekniikat (Doppler menetelmä) ovat olleet erityisen tarkkoja ja useat eri mittaukset ovat vahvistaneet luotainten saaneen pienen kiihtyvyyden. Jokin salaperäinen voima on siis kiihdyttänyt luotainta hieman linkoamisen aikana. Tästä fly-by anomaliaksi nimetystä ilmiöstä on sittemmin tullut yksi nykyfysiikan suurista mysteereistä. Juuri tämänlaisten klassisten mysteerien siivittämien keskustelujen avulla fysiikka on ennenkin harpannut ison askeleen eteenpäin. Hyviä ”luonnollisia” syitä anomalian selittämiseksi on ehdoteltu. Kenties maan pieni epäsymmetrisyys, Kuun painovoiman vaikutus, maan magneettikenttä tai ilmakehän vaikutus voisi selittää anomalian? Mutta mikään näistä ei anna riittävän suurta nopeuden muutosta luotaimille.

Kaikenmaailman anomaliat ovat tietenkin aina keränneet ympärilleen fyysikkoja niin kuin hunaja kärpäsiä. Ratkaisuehdotukset ovat olleet joskus aika improvisoituja. Vuonna 1900 Max Planck tutki koetuloksia, joissa mitattiin mustan kappaleen säteilyä. Sen spektri poikkesi huomattavasti klassisen fysiikan ennustuksista ja piti sen takia öisin fyysikkoja valveilla. Planck ratkaisi ongelman elegantisti: hän arvasi datan perusteella nykyään Planckin säteilylakina tunnetun yhtälön. Kenties Planck ehdotti yhtälönsä intuitionsa ohjaamana tuijoteltuaan lukuisia mittaustuloksia, mutta ehkä pikkasen onneakin oli mukana. Joka tapauksessa arvaus meni aivan nappiinsa. Vasta yli 20 vuotta myöhemmin intialainen fyysikko Satyendra Nath Bose huomasi, että Planckin säteilylaki pystyttiin johtamaan silloin uudesta teoriasta, kvanttifysiikasta (hra Bose on muuten bosonien isäpappa, by the way). Linko-anomalian selittämiseksi on myös arvattu yksinkertainen kaava, josta voidaan ennustaa anomalian suuruus. Kaava sisältää muun muassa valon nopeuden (c), maan säteen (R) ja maan pyörimisnopeuden (ω):

dV/V = 2ωR(cos(φ1)−cos(φ2))/c.

φ’t ovat luotaimen kulmat suhteessa ekvaattoriin ennen ja jälkeen lähilennon. Kaikki sitten vain viinien ja oluiden äärelle ehdottelemaan villejä teorioita tämän kaavan selittämiseksi ja näpräämään teoriasta ennustuksia tuleville lähilennoille. Jos osut oikeaan niin saatat saada Tukholmasta lähivuosina puhelun. Mitä hemmettiä esimerkiksi valon nopeus tekee yhtälössä. Mainittakoon tässä, että pimeää ainetta on jo ehdotettu mysteerin
ratkaisemiseksi. Kuten myös sitä, että Einsteinin suhteellisuusteoriaa
pitäisi rukata jollain tavalla.

Kukaan ei kuitenkaan vielä tiedä onko edes kaava kovin tarkka tai edes oikea. Kaikki eivät ole edes vakuuttuneita, että anomalia on todellinen. Datapisteitä fly-by anomalian tutkimiseen saadaan tietenkin aika harvoin, koska luotaimia ei ihan joka päivä viuhahda Maan ohitse. Kuitenkin perjantaina 13.11.2009 saataneen taas yksi tärkeä mittaus, koska Euroopan avaruusjärjestö ESA:n Rosetta-luotain lentää Maan ohi 2500 kilometrin korkeudessa ja saa tästä lingosta riittävästi energiaa, että jaksaisi matkustaa varsinaiseen määränpäähänsä komeetta Churyumov-Gerasimenkolle. Ja fly-byn sivutuotteena saadaan siis taas yksi mittauspiste. Anomaliannälkäiset fyysikot ovat jo silmät kiiluen suunnanneet katseensa taivaalle. Odottakaapa vaan tuloksia.

Edit 12.11.09: Anomaliasta tuoreita juttuja mm. Physics Todayssä ja ESA:n webisivulla.

Mainokset