Samstag, 28. Mai 2011

Erklärung für "Pioneer-Anomalie" durch weitere Studie bestätigt

Computergeneriertes mathematisches "Finite Element-Model" der Pioneer-Sonde | Copyright: ZARM

Bremen/ Deutschland - Geheimnisvolle minimale Kursabweichungen der Pioneer-Sonden von deren eigentlich vorherberechneten Flugbahnen durchs All, sorgen seit 1980 für Rätselraten und zahlreiche Diskussion unter Wissenschaftlern wie Laien. Um die mittlerweile auf eine Abweichung von 650.000 Kilometern herangewachsene Anomalie zu erklären, bemühen sich verschiedenen Forschungsgruppen um Lösungsansätze, wie sie bereits die Anziehungskraft dunkler Materie einbezogen oder sogar eine Modifizierung des Gravitationsgesetzes für notwenig hielten. Jetzt bestätigen sich die Ergebnisse unterschiedlicher Untersuchungen gegenseitig und zeigen, dass keine "neue Physik" zur Erklärung der "Pioneer-Anomalie" herangezogen werden muss. Andere Raumsonden-Anomalien konnten die Forscher mit ihrem Modell hingegen nicht erklären.

Bereits im März 2011 konnten portugiesische Wissenschaftler um Frederico Francesco vom "Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear" in Lissabon belegen, dass Wärmestrahlung - also elektromagnetische Wellen - für die Abbremsung der beiden Sonden verantwortlich ist (...wir berichteten). Bei ihren Untersuchungen bezogen die Forscher sowohl die Auswirkungen der direkten Wärmeabstrahlung als auch deren Reflexion an verschiedenen Bauteilen der Sonde mit ein. Eine wichtige Rolle in der Gesamtberechnung spielt dabei die Wärmeabgabe der Atombatterien, die die Zerfallswärme des Plutoniums zum Teil in Elektrizität umwandeln und den Rest in den Weltraum abstrahlen. Zusätzlich gibt der Satellit die von den elektrischen Verbrauchern erzeugte Abwärme ab. Wenn diese Hitzeabstrahlung nicht absolut gleichmäßig in alle Richtungen erfolgt, führt dies bereits zu einem wahrnehmbaren Einfluss auf die Flugbahn der Sonden.

Bis dieses Ergebnis vorgelegt werden konnte trafen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den USA, Kanada, Frankreich, Norwegen, Italien, Großbritannien, den Niederlanden und Deutschland zum jährlichen Workshop in Bern. Darunter auch das Team von Professor Claus Lämmerzahl vom "Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation" (ZARM) an der "Universität Bremen".

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Wie die Pressemitteilung der Universität erläutert, beschäftigt sich das dortige Forschungsteam bereits seit vier Jahren intensiv mit einer ausführlichen Thermalanalyse der Sonden. "Anhand eines detaillierten mathematischen Modells des Satelliten in Kombination mit dem von der NASA bereitgestellten Datenmaterial berechnet ZARM-Mitarbeiter Benny Rievers die Oberflächentemperaturen zu jedem Zeitpunkt der Mission und anschließend die resultierenden Rückstoßkräfte. Dazu war es notwendig, einen speziell angepassten Raytracer (mathematisches Verfahren zur Verfolgung von (Licht-) Strahlen in 3D) zu entwickeln. Basierend auf den Temperaturdaten vom Satelliten unter Berücksichtigung der Reflexionseigenschaften des Oberflächenmaterials, ist der Raytracer in der Lage, die entstehenden Kräfte hochgenau zu berechnen."

Schon 2009 konnten Rievers und Kollegen bestätigen, dass die Thermalstrahlung einen erheblichen Anteil an den Positionsabweichungen der Sonden hat. Im Jahr darauf lieferte eine verbesserte Version des Raytracers und eine detailliertere Modellierung des Satelliten mit einer Genauigkeit von 20 Prozent den Nachweis dafür, dass thermale Rückstoßkräfte Grund der Anomalie sind. Um die Berechnungen weiter zu präzisieren, wurden nun auch der detaillierte Innenaufbau des Satelliten und der Wirkungsgrad der elektrischen Konverter mit einbezogen.

Die von Francisco im März veröffentlichte Arbeit bestätigte die obigen Ergebnisse für den letzten Teil der Pioneer-Missionen und stützte sich dabei auf ein virtuelles dreidimensionales Computermodell der Satelliten. Die jetzt in den "Analen der Physik" erschienene Arbeit von Benny Rievers und Claus Lämmerzahl, kann nun mit ihrem verfeinerten Computermodell der Pioneer-Sonden unter Einbeziehung der Temperaturdaten die gemessene anomale Beschleunigung der komplette Mission vom Start bis heute erklären. Damit, so die Forscher, ist es nun mit größter Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen, dass dieser anomale Effekt Ergebnis einer "neuen Physik" ist.

Rievers Berechnungen sind zudem nicht nur auf die Pioneer-Sonden, sondern auch auf jedes andere Raumfahrzeug übertragbar und wurden auch schon auf die sogenannte Flyby-Anomalie der Rosetta-Sonde (ein unerklärtes Anwachsen der Geschwindigkeit um 3,9 Millimeter pro Sekunde der Rosetta-Sonde beim Vorbeiflug an der Erde - (...wir berichteten) angewendet. Hier konnte das Modell jedoch nicht belegen, dass auch diese Anomalie mit Auswirkungen von Thermalstrahlung erklärt werden kann - "Die 'Flyby-Anomalie' der Rosetta-Sonde bleibt also weiterhin ungeklärt - und damit letztendlich auch die Frage, ob fundamentale Gesetze der Physik möglicherweise doch noch einmal überdacht werden müssen."

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / uni-bremen.de
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