Pioneer-Anomalie
Die Pioneer-Anomalie beschreibt ein bisher noch ungeklärtes Abweichen der 1972 und 1973 gestarteten NASA-Sonden Pioneer 10 und Pioneer 11 von deren berechneten Flugbahnen. Dieses Phänomen ist derzeit noch ein Rätsel für die Wissenschaftler. Als Lösungsvorschläge kommen eine ganze Bandbreite von Erklärungen in Frage: von so simplen Effekten wie ein Schub durch austretendes Gas bis hin zur einem unbekannten neuartigen physikalischen Effekt, der die Physik verändern könnte, kommt vieles in Frage.
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Effekt
Der Effekt wurde etwa 1980 entdeckt, als die Pioneer-10-Sonde circa 20 astronomische Einheiten
von der Erde entfernt war. Es wurde beobachtet, dass die Sonde mit einer Beschleungigung
von etwa 
in Richtung zur Sonne hin abgelenkt wurde.
Zu diesem Zeitpunkt war der (bekannte und in die Flugbahn
eingerechnete) Strahlungsdruck, den die Sonne durch Sonnenwind auf die Sonde
auswirkt, auf etwa 
gesunken. Erst dann wurde die unerklärliche
Beschleunigung messbar, nachdem sie vorher im natürlichen Strahlungsdruck unterging.
Die Messungen wurden als Abweichungen im Dopplereffekt, der von den Sonden gesendeten Radiosignale auffällig.
Die Anomalie wurde jedoch zuerst nicht ernst genommen und als Datenfehler interpretiert. Erst 1994, als diese nicht verschwand, wurden der Effekt genauer untersucht. In dieser Untersuchung wurden die Bahnwerte der Pioneer 10 und der Pioneer 11 - die ebenfalls eine Abweichung zeigten - systematisch auf mögliche bekannte Ursachen untersucht, ohne aber eine Erklärung zu finden. Die Anomalie bleibt bis jetzt ein Rätsel.
Andere Sonden
Die Pioneer-Sonden waren die ersten, die das Sonnensystem verlassen haben. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass die beobachtete Anomalie bei ihnen als erstes bemerkt wurde. Aufgrund anderer stärkerer Beschleunigungen in Sonnennähe (wie der zitierte Sonnenwind) ist die Anomalie erst in großen Entfernungen messbar. Daher kann bei geoorbitalen Satelliten und Mondsonden keine Abweichung festgestellt werden. Es wird aber berichtet, dass derselbe Effekt sich inzwischen auch bei der Jupitersonde Galileo und der europäisch-amerikanischen Sonnensonde Ulysses zeigt, obwohl für diese die Daten weniger präzise und allein nicht allzu aussagekräftig sind. Ein weiterer Aspekt, warum die Pioneer-Sonden gutes Datenmaterial liefern, ist deren einfache gyroskopische Fluglagenstabilisation, die leicht vorhersehbar und berechenbar und damit als mögliche Fehlerquelle leicht auszuschließen ist.
Erklärungen für den Effekt
Als mögliche Erklärungen wurden in Betracht gezogen:
- Daten- und Rechenfehler jeglicher Art
- Sondenspezifische Effekte:
- austretendes Gas aus den Treibstofftanks, die einen Schub erzeugen
- elektromagnetsche Kräfte aufgrund einer elektrischen Ladung der Sonde
- Wärmestrahlung vom Antrieb, der die Sonde in Richtung der Sonne drückt
- Externe Effekte
- Gravitationskräfte von Kuipergürtel
- Gravitationseffekt von dunkler Materie
- Reibungswiderstand durch interstellare Materie
- Exotische Physikalische Effekte
Von den erwähnten Erklärungen sind die profanen Fehler sowie die sondenspezifischen Effekte ziemlich unwahrscheinlich und werden mehr oder minder ausgeschlossen. Von den externen Effekten ist die Kuipergürtelgravitation und die Reibung duch interstellare Materie die aus physikalischer Sicht konservativste Erklärung. Die Existenz von dunkler Materie ist derzeit noch eine nicht abgesicherte Hypothese. Das gleiche gilt für die modifizierte Newtonsche Dynamik, die ein neues Gravitationsgesetz postuliert, mit einer Beschleunigung, die nicht mit der klassichen Newtonschen übereinstimmt. Die beobachtete anomale Beschleunigung der Sonden passt jedenfalls in die vorhergesagte Größenordnung der modifizierten Newtonschen Dynamik.
Medien
Die Wissenschaftszeitschrift New Scientist hat im März 2005 in einem Artikel die Pioneer-Anomalie unter den 13 wichtigsten Rätseln der Wissenschaft aufgeführt
Literatur
Finding the origin of the Pioneer anomaly, Nieto & Turyshev (2004)
Weblinks
- New Scientist,19 März 2005 http://www.newscientist.com/channel/space/mg18524911.600
- Class. Quantum Grav. 21 4005-4023
- englische Wikipedia