Аномальне уповільнення руху міжпланетних станцій було обчислено з невеликого постійного аномального доплерівського зсуву частоти радіосигналів, отриманих з космічних апаратів. Для пояснення спостережуваних явищ були висунуті кілька гіпотез. Було ясно, що ефект має системне походження. Наприклад, тяга могла з'явитися через витік газу. Але конкретна причина аномалії встановлена не була. Тому деякі вчені почали розглядати більш екзотичні пояснення. Аж до того, що передбачалося переглянути наше розуміння природи гравітації.
Народження таємниці
«Піонер-10» запустили 1972 року. Він став першим в історії космічним апаратом, який пролетів повз Юпітера. Його брат-близнюк, «Піонер-11», вирушив у космос через рік. Згодом пролетів повз Юпітера і Сатурна. Обидва зонди зараз виходять із Сонячної системи. Але в абсолютно різних напрямках.
Приблизно з 1980 року почали з'являтися докази того, що параметри руху зондів не вкладаються в розраховані раніше значення. Цей ефект став відомий як аномалія «Піонерів».
Зрозуміти причину такого явища, вивчаючи параметри руху космічних апаратів «Вояджер-1» і «Вояджер-2», які відлетіли від Сонця навіть далі, ніж «Піонери», не вийшло. Оскільки «Вояджери» і «Піонери» мали різну систему стабілізації. На відміну від «Піонерів», які мають спін-стабілізацію, «Вояджери» мають так звану триосну стабілізацію. Це призводить до більшої невизначеності в обчисленні теоретичного місця розташування космічних апаратів.
Можливі пояснення
Пропонувалося багато можливих причин аномалії «Піонерів», від цілком простих до досить екзотичних. До них належать:
- помилки спостережень, включаючи помилки вимірювань і обчислень при визначенні прискорення;
- апроксимація/статистичні помилки;
- можливе спотворення даних доплерівського радіопередавача;
- витік газу, в тому числі гелію, що виходить з радіоізотопних термоелектричних генераторів космічних апаратів (РІТЕГів);
- теплове випромінювання від РІТЕГів;
- вплив сонячного вітру;
- радіаційний тиск, що виникає в результаті передачі мікроскопічних імпульсів в той момент, коли сонячні фотони впливають на космічний апарат;
- електромагнітні сили через електричний заряд космічного апарату;
- коливання та інші зміни у обертанні Землі;
- обурення від гравітаційного тяжіння планет і більш дрібних тіл Сонячної системи, включаючи пояс Койпера;
- опір, який чиниться міжпланетним середовищем;
- вплив темної матерії;
- невідомі властивості гравітації.
До 2012 року не було відомо, які з цих пояснень, якщо серед них такі є, були правильними. Подібну поведінку космічних апаратів не однозначно могла пояснити жодна із запропонованих теорій. Тому вчені навіть розглядали теорії, які означали зміну нашого розуміння законів фізики.
Таємниця розкрита
У 2004 році група дослідників JPL зібрала і проаналізувала всі дані, що зберігаються в ранніх записах, отриманих від зондів.
Вчені скопіювали оцифровані файли навігаційного комп'ютера, який допомагав керувати «Піонерами». А також виявили понад десяток коробок з магнітною стрічкою під сходами в JPL. Також їм вдалося отримати архівні файли з інших центрів НАСА.
З цих джерел дослідники змогли витягти досить допплерівських і телеметричних даних, починаючи з моменту запуску космічних апаратів. Щоб раз і назавжди вирішити цю головоломку. Виявилося, що тепло, що виділяється електричними підсистемами зондів і розпад їх плутонієвих термоелектричних джерел енергії якраз і пояснювали загадкове уповільнення. Власні теплові випромінювання зондів були тим фактором, який, хоч і зовсім небагато, але уповільнював їх швидкість. Це схоже на те, що коли ви їдете на машині, і фотони від ваших фар відштовхують вас назад. Але враховуючи величезні швидкості і практично повний вакуум простору, цей ефект проявив себе цілком відчутно.