La Traca #5 Luciérnagas: La anomalía de las sondas Pioneer

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Ya está disponible el podcast #5 de La Traca (de la Ciencia), mi sección en el programa de radio Luciérnagas de Dante Cáceres. Divulgación científica en la Radiotelevisión Diocesana, en el canal de Radio Santa María de Toledo. Se emite todos los martes a las 22:40 horas (hora de Madrid), los miércoles a las 03:00 horas y los domingos a las 24:00 horas.

La anomalía de las sondas Pioneer. La sonda Pioneer 10 se lanzó en 1972 visitó Júpiter en 1973, alcanzó la distancia de la órbita de Saturno en 1976, la de Urano en 1979, la Neptuno en 1983 y se adentró en el espacio interestelar. La Pioneer 10 viaja a unos 43 000 km/h con relación al Sol; la medida de esta velocidad usando el efecto Doppler en las señales que se recibió de la sonda hasta abril de 2002 indicaba que la Pioneer 10 se estaba desacelerando ligeramente desde que abandonó la órbita de Saturno. Debería mantener una velocidad constante en su viaje alejándose del Sol, sin embargo, se observaba una desaceleración muy pequeña, unos (8,74 ± 1,33) × 10−10 m/s² (dirigida hacia el Sol); esto equivale a una pérdida de velocidad de 1 km/h cada 10 años, más o menos (un valor muy pequeño comparado con sus más de 43 000 km/h de velocidad). Una anomalía similar se observó con la sonda Pioneer 11 que se lanzó en 1973, visitó Júpiter en 1974 y Saturno en 1979, y sus señales se recibieron hasta 1995. La Pioneer 11 se aleja del Sol a unos 41 000 km/h.

La posible explicación térmica a la anomalía fue ofrecida por Edward M. Murphy , “Prosaic Explanation for the Anomalous Accelerations Seen in Distant Spacecraft,” Phys. Rev. Lett. 83: 1890 (1999), doi: 10.1103/PhysRevLett.83.1890, arXiv:gr-qc/9810015; los datos telemétricos más precisos aparecen en Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, …, Kyong J. Lee, “The Study of the Pioneer Anomaly: New Data and Objectives for New Investigation,” Int. J. Mod. Phys. D 15: 1-56 (2006), doi: 10.1142/S0218271806008218, arXiv:gr-qc/0512121; un análisis térmico inicial fue realizado por Viktor T. Toth, Slava G. Turyshev, “Pioneer Anomaly: Evaluating Newly Recovered Data,” AIP Conf. Proc. 977: 264-283 (2008), doi: 10.1063/1.2902790, arXiv:0710.2656 [gr-qc]; el análisis térmico definitivo aparece en Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, …, Craig B. Markwardt, “Support for temporally varying behavior of the Pioneer anomaly from the extended Pioneer 10 and 11 Doppler data sets,” Phys. Rev. Lett. 107: 081103 (2011), doi: 10.1103/PhysRevLett.107.081103, arXiv:1107.2886 [gr-qc], y Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, …, Jordan Ellis, “Support for the thermal origin of the Pioneer anomaly,” Phys. Rev. Lett. 108: 241101 (2012), doi: 10.1103/PhysRevLett.108.241101, arXiv:1204.2507 [gr-qc].

En este blog puedes leer “El sistema solar como un gran laboratorio para la gravedad (o ideas sobre la anomalía de las sondas Pioneer)”, LCMF, 28 Ene 2008; “Disipación térmica asimétrica como causa de la anomalía de las sondas Pioneer”, LCMF, 20 Nov 2009; “Todo lo que siempre has querido saber sobre la anomalía de las sondas Pioneer”, LCMF, 22 Ene 2010; “La NASA ofrece nuevos datos que apuntan a la respuesta definitiva para la anomalía de las sondas Pioneer”, LCMF, 23 Jul 2011; “Lo último sobre la anomalía de las Pioneer confirma de forma definitiva su origen térmico”, LCMF, 13 Abr 2012.

Dibujo20120413 Illustrative representation of the thermal model of the Pioneer 10 spacecraft at 40 AU

La respuesta correcta fue sugerida en 1998 como una explicación prosaica a la anomalía, una fuerza de retroceso térmica (explicación publicada por Edward M. Murphy en 1999 en Physical Review Letters). Basta una emisión de solo 65 W de radiación térmica emitida en la dirección correcta para explicarla; esto supone un 3% del calor generado por los generadores termoeléctricos radiactivos (RTG, basados en radioisótopos) que utilizan las Pioneer. La anomalía se explicaría si el patrón de emisión de las ondas mostraba una anisotropía. Pero los efectos térmicos debían decrecer con el tiempo, lo que no se observó inicialmente.

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Para resolver la anomalía había que realizar una estimación precisa de las fuerzas térmicas en la sonda, lo que requería datos telemétricos muy precisos. Estos datos se publicaron tras el rescate y análisis de datos de archivo en 2006. Se usó ingeniería inversa para estudiar la distribución de calor emitida por las sondas mediante modelos por ordenador (elementos finitos). Los cálculos requieren conocer la geometría detallada de la sonda y el coeficiente de emisividad infrarroja en todos los puntos de su superficie. En 2012 se resolvió oficialmente el problema. La emisión anisótropa de radiación térmica debida a los generadores de electricidad de radioisótopos de plutonio (RTG de plutonio), la fuente de energia eléctrica de la sonda. El asunto ya está definitivamente resuelto y la anomalía queda completamente explicada.


3 Comentarios

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apalankatorapalankator

Entoces, ¿emitiendo una radiación electromagnética en un sentido, se consigue un impulso en el opuesto? Me suena al EMdrive.

PelauPelau

Exactamente. Suena al EmDrive… calentándose (la aislación perfecta no existe) y emitiendo fotones (infrarrojos) en una dirección preferente.

Suena a disipación térmica asimétrica. Suena a… ¡acción y reacción!

Suena a que el revolucionario impulso EmDrive es el viejo y aburrido impulso fotónico de toda la vida.

Dadme una palanka (a falta de palanka buenos son los fotones) y moveré al EmDrive… o a una linterna de medio euro (batería no incluida), tanto da :)

notengoniideanotengoniidea

Más bien diría que esto es una demostración básica de que lo del EMdrive no puede ser cierto.

La tiranía del principio de acción y reacción funciona aquí y en Neptuno, o más allá.

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