Misterio de los pioneer

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  • 1. LAS MISTERIOSAS ANOMALIAS DE LOS PIONEER ¿Aceleración del tiempo? Rafael Andrés Alemañ Berenguer Agrupación Astronómica de Alicante
  • 2. SUMARIO
    • La misión Pioneer
    • Misteriosas anomalías en los datos
    • Posibles respuestas:
    • * Tecnológicas
    • * Astronómicas
    • * Nuevas teorías físicas
    • Conclusiones Finales
  • 3. Las Sondas Pioneer
  • 4. Pioneer 10
    • Lanzada en 1972. Fue la primera en atravesar el cinturón de asteroides, en tomar fotos cercanas de Júpiter y estudiar su campo magnético.
    • Primera sonda en explorar el sistema solar externo. En 1983 atravesó la órbita de Neptuno. El 7 de Febrero de 2003, su emisión de radio-ondas se debilitó hasta hacerse indetectable. Se hallaba entonces a 80 U.A. del Sol (el doble de distancia de Plutón).
    • Se internará en el espacio profundo en dirección aproximada hacia la gigante roja Aldebarán, a 68 años-luz de nosotros, a donde llegará en algo más de ¡¡dos millones de años!!
  • 5.  
  • 6. Pioneeer 11
    • Lanzada en 1973, siguió el camino de su nave hermana mientras estudiaba el viento solar. El 30 de septiembre de 1995 su energía se debilitó hasta el punto de no poder continuar sus experimentos, y la NASA cesó su seguimiento. Estaba entonces a 45 UA del Sol, alejándose a 2 UA/año.
    • Ya no estamos en su haz de radio-señales (su antena no se puede girar). Ahora se dirige hacia la constelación del águila, a donde llegará ¡¡¡en 4 millones de años!!!
  • 7. Instrumental de la Pioneer 10
  • 8. Placa de comunicación con civilizaciones alienígenas
  • 9. Investigaciones de las Pioneer
  • 10.
    • La zona llamada termination shock es el área donde la velocidad del viento solar se hace menor que la del sonido. Entonces colisiona y se mezcla con con el gas de la Vía Láctea.
    • Debido a que nos movemos en el seno de la Vía Láctea, la forma de esta zona recuerda vagamente la de la estela de un barco navegando en el mar
  • 11. Sonda Voyager 1
  • 12. Voyager 1 y 2
    • Estas dos naves todavía transmiten y la Voyager 1 está ahora más lejos que la Pioneer 10. Cruzó la “frontera de shock” en diciembre de 2004 a una velocidad de unas 3,6 UA/año.
    • Sigue enviando información sobre la zona del espacio llamada “helio-yerma ” ( heliosheath ) y se supone que sus baterías durarán hasta el 2020.
  • 13.  
  • 14. ¿Pero cuál es el misterio?
    • La misión Pioneer proporcionó la más precisa información disponible hasta ahora sobre navegación en el espacio profundo.
    • Sin embargo, el análisis de sus radio-señales indica la presencia de una inexplicada –y minúscula– aceleración hacia el Sol (  10 –9 m/s 2 )
    • Esa es la misteriosa "anomalía del Pioneer "
  • 15.
    • Esta anomalía también apareció en la sonda Ulysses, y posiblemente en la Galileo, aunque los datos son imprecisos porque eran misiones a Jupiter (cercanas al Sol), donde la presión de la radiación solar en mucho más importante.
    • Las Voyager no ofrecen datos fiables en este asunto porque son susceptibles de girar por sí mismas, lo que confunde los datos.
    • Curiosamente las Viking no detectaron la anomalía Pioneer, y deberían haberlo hecho puesto que su sistema de radio-señales era aún más preciso que el de las Pioneer (¡¡¿?!!).
  • 16. Efecto Doppler
  • 17.
    • Hay un efecto Doppler hacia el rojo debido al movimiento de la sonda
    • Pero también hay un desplazamiento hacia el azul ( Blueshift ) debido a efectos RG
    Al debilitarse la gravedad se alarga la longitud de onda de la radio-señal
  • 18.
    • Efecto Doppler ordinario
    • +
    • Desplazamiento gravitacional relativista
    • +
    • Anomalía = (8.74 ± 1.33) × 10 −10  m/s 2
    • Datos experimentales
  • 19. Posibles explicaciones :
    • Causas tecnológicas :
    • Fugas de gas: Por ejemplo, He de fisión producido por lo generadores termoeléctricos de radioisótopos de la sonda
    • Fuerzas electromagnéticas debidas a una carga eléctrica generada sobre la nave por fricción con el medio interestelar
    • Errores en el cálculo del movimiento de la sonda
  • 20. Explicaciones astronómicas :
    • Fuerzas gravitatorias no estimadas provenientes del cinturón de Kuiper o de agregaciones desconocidas de masa
    • Fuerzas de arrastre debidas al medio interestelar (polvo, rayos cósmicos, viento solar, etc.)
  • 21.  
  • 22.
    • Atracción gravitacional de la materia oscura :
    • Requeriría más de 0,0003 masas solares de materia oscura a unas 50 UA del Sol.
    • Conflicto con las órbitas planetarias calculadas y observadas: una millonésima de masa solar en esa región las perturbaría apreciablemente
  • 23. Nuevas Teorías Físicas:
    • 1º) Gravitación Bimétrica
    • LLamando g ab a la métrica gravitacional (que nos da la velocidad de la gravedad) introducimos una segunda métrica “material”
    • g' ab = g ab + ( B / c 2 )  a   b  ,
    • donde B es un coeficiente positivo, y  un campo escalar acoplado a la gravedad ( g ab )  No hay agujeros negros
  • 24.
    • Variación de c : Como hay dos métricas, si usamos o bien ondas electromagnéticas o bien gravitacionales para estudiar el universo temprano, encontramos que la velocidad de las otras ondas varía con el tiempo (el cociente c grav / c luz es adimensional).
  • 25.
    • Cosmología : Si tomamos c grav constante, la velocidad de la luz se incrementa en tiempos más cercanos al Big Bang , lo que resuelve el problema del horizonte sin recurrir a la inflación (la RG es estrictamente no invariante bajo dilataciones)
  • 26.
    • 2º) Cosmología de p-branas
    • En un mundo con cinco dimensiones (4 espaciales y una temporal) la métrica es
    • ds 2 = e  2k z g  dx  dx  + dz 2
    • con k una constante fundamental del orden de la masa de Planck
    • Aparece una fuerza extra de atracción, pero no se explica por qué no afecta también a las órbitas planetarias
  • 27. 3º) Violación del Principio de Equivalencia
    • Se supone que la gravedad no afecta por igual a todos los cuerpos con independencia de su masa y composición
    • Habría una aceleración adicional para cuerpos por debajo de una cierta “masa umbral”  Demasiado ad hock
  • 28. 4º) Campo gravitatorio asimétrico
    • ¿Y si el campo gravitatorio no fuese totalmente esférico? Tal vez fuese una mezcla entre campo central (isótropo) y solenoidal (como el magnético)
    • También suena demasiado arificioso
  • 29. 5º) Variación de la velocidad c con el tiempo
    • Esto es la “aceleración del tiempo”
    • Podría deberse a alteraciones con el tiempo del vacío cuántico  cambio de  0 y  0
    • O a una aceleración del tiempo propio con respecto al tiempo coordenado
    • d 2  /dt 2 > 0
  • 30. El tiempo propio es el que mide cada observador situado en cada punto del espacio-tiempo. El tiempo coordenado es el que asigna un mismo observador a cada punto del espacio-tiempo desde su sistema de referencia. La proyección del tiempo coordenado sobre el hiperplano tangente en un punto, nos da el tiempo propio en ese punto.
  • 31.
    • En el espacio-tiempo de Minkowski (sin curvatura), tenemos:
    • d  = (1  v 2 /c 2 ) 1/2 dt
    • Y la variación de uno respecto al otro es:
    • d  /dt = (1  v 2 /c 2 ) 1/2
    • Que es constante para v = cte .
    • Por tanto d 2  /dt 2 = 0
    • Hay una relación lineal entre ambos
  • 32. En Relatividad Especial (espacio-tiempo plano) La proyección de unos ejes espacio-temporales sólo depende de la orientación relativa  velocidad relativa entre sistemas de referencia inerciales
  • 33.
    • En un espacio-tiempo con gravedad (curvo), la relación es diferente. En el caso de Schwarzschild (masa puntual y simetría esférica) tenemos:
    • d  = (1  G m /c 2 r ) 1/2 dt y por ello
    • d  /dt = (1  G m /c 2 r ) 1/2 = cte. para una distancia r y una masa m fijadas
    • Igualmente d 2  /dt 2 = 0
    • Sigue habiendo una relación lineal entre ambos
  • 34. En Relatividad General (espacio-tiempo curvo) Las proyecciones mutuas dependen ahora también de la propia curvatura del espacio-tiempo  contenido de energía
  • 35.
    • Si ahora resulta que d 2  /dt 2 > 0 es porque hay un factor desconocido en la relación entre el tiempo propio y el tiempo coordenado que aumenta  en relación con t (“aceleración del tiempo”). 
    • Algo distorsiona las proyecciones, que ni es la orientación relativa entre sistemas de referencia, ni la curvatura del espacio-tiempo
    • ¿Qué factor?
    • He ahí el dilema
  • 36.
    • Se ha intentado recabar nuevos datos de sondas actuales, como la Cassini, sin resultados apreciables
  • 37. Sonda Cassini
  • 38. Vías de Investigación
    • Análisis exhaustivos de los datos del Pioneer (referidos a 1987) y de los previos.
    • La sonda New Horizons a Plutón posee estabilizadores tri-axiales, lo que la capacitaría para investigar esta anomalía.
    • Un misión específica, que llegase a unas 20 UA en una órbita hiperbólica de escape
    • Observación de asteroides a unas 20 UA, si la causa de la anomalía es puramente gravitatoria.
  • 39. Sonda New Horizons
  • 40.  
  • 41. CONCLUSIONES
    • No tenemos ni la menor idea de lo que pueda ser la causa de la anomalía Pioneer
    • Ni siquiera estamos completamente seguros de que sea una verdadera anomalía
    • Confiamos en que cálculos y observaciones más refinadas nos den la respuesta, sea cual sea.