Pioneer Anomalie

Hab mich eben etwas über die Plaketten von Voyager und Pioneer informiert und bin dabei auf die Pioneer-Anomalie gestoßen.

Ich dachte bisher das diese Anomalie erst kürzlich entdeckt wurde, alllerdings traten die ersten Hinweise bereits 1980 bei Pioneer 10 auf. Allerdings ging man erst von einem Fehler aus, erst als man bei Pioneer 11 auf den gleichen Fhler gestossen ist, hat man sich mehr mit der Geschichte beschäftigt.

Ebenfalls interessant finde ich, dass die NASA das letztemal 1995 Daten von Pioneer 11 erhalten hat und von Pioneer 10 das letzte Mal im Januar 2003. Aber das nur nebenbei.

Bei Wiki bin ich auf folgenden Text gestossen.

Einige Wissenschaftler sehen in der Anomalie einen Hinweis auf eine „neue Physik“, die nicht durch die etablierten Standardtheorien erklärbar ist. Ein Ansatz hierzu ist die modifizierte Newtonsche Dynamik, da diese eine anomale Beschleunigung der Sonden in der beobachteten Größenordnung liefern würde.

Die Größe der Beschleunigung entspricht im Rahmen der Messgenauigkeiten dem Produkt aus der Lichtgeschwindigkeit und der Hubble-Konstanten.[3] Ob diese Übereinstimmung mit der Bahnanomalie zusammenhängt, wird derzeit ebenfalls diskutiert.

Wikipedia: Pioneer-Anomalie

Von dieser "neuen" Physik hatte ich bis dato noch nichts gehört, also bin ich dem Wikilink gefolgt.

Wikipedia: Modifizierte Newtonsche Dynamik

Wie üblich ne Menge Formeln, die ich nicht verstehe, aber vllt. einer der Allmy-User? ;)
Aber ich bin auf folgenden Text gestossen:

Der Cluster-Merger 1E 0657-558 bietet die Möglichkeit, alternative Gravitationstheorien gegen die Dunkle Materie zu testen. Dabei wurde einerseits die Verteilung der sichtbaren baryonischen Materie gemessen und andererseits das Gravitationspotential des Clusters mit Hilfe der Ablenkung des Lichts im Gravitationsfeld des Clusters (wobei die Natur der MOND-Theorie berücksichtigt wurde). Das Massenverhältnis zwischen den enthaltenen Galaxien und dem umgebenden Plasma liegt zwischen 1:5 und 2:15. Beobachtet wurde nun, dass sich die Plasmen der zwei Vorläufer-Cluster zu einem neuen Cluster vereinigt haben, während die Galaxien mehr oder weniger kollisionslos die Kollision der beiden Vorgänger-Cluster überstanden haben.

Die Vermessung des Gravitationspotenzials hat dann ergeben, dass dieses nicht der baryonischen Massenverteilung des Plasmas folgt, sondern den Galaxien, die einen kleineren Teil der baryonischen Gesamtmasse des Clusters ausmachen. Dies kann damit erklärt werden, dass die Quelle des Gravitationspotenzials nicht allein die sichtbare Baryonische Materie ist, sondern eben Dunkle Materie.[1] Durch eine Modifikation des Gravitationsgesetzes allein ist dies dagegen nicht erklärbar, d.h. selbst, wenn die MOND-Hypothese richtig sein sollte, muss dunkle Materie vorhanden sein.

September 2009 haben Beobachtungen von Famaey und Kollegen gezeigt, dass es für unterschiedliche Galaxien – sowohl kleine Zwergsysteme als auch große Spiralgalaxien – einen starken Zusammenhang zwischen der Verteilung von dunkler und sichtbarer Materie gibt. Was wiederum der heutigen Theorie der Dunklen Materie widerspricht. Auch Gianfranco Gentile von der Universität Gent hatte mit seinem Team Berechnungen an 28 Galaxien durchgeführt und stieß auf diesen vermeintlichen Zusammenhang zwischen den Materieformen und äußerte im Fachblatt Nature wieder große Zweifel an der Existenz der Dunklen Materie. Das alles deutet zumindest auf einen noch komplizierteren Zusammenhang von Gravitation und Materie hin.

Ist die dunkle Materie doch nicht so wichtig, sondern waren die entsprechenden Formeln einfach nicht genau genug definiert?

@canpornpoppy

@bo

MOND stellt eine alternative zur dunklen materie dar, könnte genauso gut beides falsch sein ^^

die anomalie wurde auch bei anderen sonden bestätigt und die sonde "new horizons" die derzeit aufn weg zum pluto ist und ihn 2015 erreichen wird, könnte ggf auch aufschluss über die anomalie bringen

was für neue physik spricht ist die konstanz dieser beschleunigung die zur sonne hin auf die sonden einwirkt

Hi,

Es gibt Neuigkeiten:

aus: http://astronomie.scienceticker.info/2011/04/05/forscher-erklaren-pioneer-anomalie/ (Archiv-Version vom 08.04.2011)

Seit Jahrzehnten rätseln Forscher und Weltraumenthusiasten über eine Kraft, die die beiden Raumsonden Pioneer 10 und 11 in Richtung Sonne zieht. Portugiesische Forscher glauben nun, dass diese “Pioneer-Anomalie” eine sehr einfache Ursache hat. Der Effekt lässt sich demnach problemlos durch eine ungleichmäßige Wärmeabstrahlung der Sonden erklären.

Vielleicht ist es ja wirklich solch eine einfache Lösung.

-gg

Wie heisst es so schön?

Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem oder sine necessitate

Grob zu Deutsch, die einfachste lösung ist oftmals die richtige :)

Über die Lösung der Pioneer-Anomalie durch ungleichmäßige Wärmeabstrahlung wird auch hier berichtet:

http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/05/die-pioneeranomalie-gelost.php

o.k. ganz sicher ist man sich immer noch nicht, da die Ergebnisse erst noch überprüft werden müssen, aber doch höchst wahrscheinlich, dass es die thermische Abstrahlung ist. Tja langweilig, aber eben wohl doch die Ursache.

Damit könnte man diesen Thread schließen.

@AcidU

was denn genau fürne thermische abstrahlung? o.O

ich denke das wurde alles berücksichtigt, gegengerechnet udn zig mal überprüft..

Beitrag von canpornpoppy (Seite 2)

@canpornpoppy

Nun in dem Link den DerRing gepostet hat, steht die (höchstwahrscheinliche) Lösung von drei Studenten der Ludwig-Maximillian-Universität. Und darin wird das Phänomen der ungleichen Wärmeabstrahlung der Radionuklidbatterie und des Fachs für die technischen Geräte zugeschrieben (sogenannter Lambertstrahler). Die Ergebnisse müssen nur noch verifiziert werden.

Und ich hatte mich schon so auf ein riesiges getarntes Raumschiff in der Nähe des Merkus gefreut, von dem aus wir Menschen beobachtet werden, das diese Gravitationskräfte hervorruft und unsere Sonden von den Bahnen lenkt *seufz* Dann vielleicht beim nächsten Mal.

@AcidU

hab das schon gelesen, ich meinte aber das hier was ich verlinkt habe.. kopiert mans halt noch mal

canpornpoppy schrieb am 23.05.2010:Denkbare Fehler
Satelliteneinflüsse

Über die 3 m große Hauptantenne sind während der gesamten Sondenlebensdauer Funksignale mit 8 W Leistung abgesendet worden, was auf die Sonden eine Rückstoß von 15% der Anomalie weg von der Sonne (die Hauptantenne zeigt immer in Richtung Erde) und damit gegen die Richtung der Beschleunigung auf Grund der Pioneer-Anomalie bewirkt.

Von der durch Isotopenbatterien erzeugten Leistung von 2580 W sind 160 W in elektrische Energie umgewandelt worden. Die restlichen mehr als 1000 W sind als Wärmestrahlung abgegeben worden führten somit analog zu den Funksignalen zu einer zusätzlichen Sondenbewegung. Bereits eine gerichtete Abstrahlung von 63 W würde die Anomalie erklären. Aus zweierlei Gründen kann die Abstrahlung aber kaum Einfluss nehmen. Zum Einen sollte die Abnahme der Leistung um 80% der Externer LinkRTGs innerhalb von 20 Jahren eine Änderung der Beschleunigung um mehr als 30% bewirken, was aber im Widerspruch zur Beobachtung steht (Abb. 13). Des Weiteren sind die Isotopenbatterien geometrisch angeordnet (Abb. 7), was eine symmetrische Abstrahlung der Wärme zur Folge hat und somit schwer einen Gerichteten effekt hervorrufen kann.

Das Externer LinkPlutonium (238Pu) in den Isotopenbatterien erzeugt durch die intensive Alphastrahlung Helium, welches mit 1,22 km/s austritt und einen Rückstoß hervorruft. Die Zerfallsrate der 2 RTGs produzierte pro Jahr maximal 0,77 g Helium, welches wiederum maximal 15% der Anomalie erklären würde, auf Grund der symmetrischen Anordnung der Batterien aber maximal zu 1,5% beiträgt.

Jedes Sondenmanöver zur Ausrichtung auf die Erde verursachte eine Drehimpuls mit verbundener Geschwindigkeitsänderung, zusätzlich zog eine Feuern der Steuerdüsen einen unkontrollierten Treibstoffaustritt nach sich, der mehrere Tage anhielt und entsprechende Bewegungen der Sonde zur Folge hatte. Allerdings lassen sich diese Effekte sehr genau berücksichtigen und aus dem Messbefunden herausrechnen.

Es wurde vermutet, dass sich die Wärme-Abstrahlcharakteristik der RTGs durch Sonnenstrahlung und Sonnenwind auf der der Erde zugeneigten Seite und interplanetarer Staub auf der Rückseite verändert haben könnte. Andere Sonnenmissionen zeigten allerdings keinerlei derartige Effekte, außerdem wäre ein solches Phänomen in der näheren strahlungsintensiven Jupiterumgebung deutlich hervorgetreten. Eine geänderte Abstrahlcharakteristik müsste zudem in einer Änderung der Oberflächentemperatur der RTGs bemerkbar sein, was aber nicht gemessen wurde. Vielmehr ließ die Konstanz der Temperatur eine Einschränkung des möglichen Einflusses auf die Beschleunigung auf maximal 10% zu.

Schließlich können unkontrollierte Treibstoffverluste zu einer Beschleunigung führen. Die dadurch verursachte Drehimpulsveränderung der Sonde lässt sich verlässlich aus der Spin-Rate der Sonden ermitteln, man kommt dann auf maximal 5% der Anomalie. Des Weiteren wäre es sehr unwahrscheinlich, dass beide Sonden einen gleich großen Treibstoffverlust erleiden.
Gravitative Einflüsse

Für die Beschreibung der Sondenbahnen wurden die gravitativen Einflüsse von Sonne, Planeten, Mond und größeren Asteroiden sowie Kometen berücksichtigt (Hperfein-Potential von Einstein-Infeld-Hoffmann [7]) ebenso wie der Einfluss der gravitativen Laufzeitverzögerung für Radiosignale im Gravitationsfeld von Sonne, Mond und Planeten.
Zusätzliche interplanetare Materie in Form von Staub oder unbekannte Masse im Externer LinkKuiper-Gürtel würde die Sonde gravitativ oder durch Reibung mit Staubpartikeln abbremsen und Radiosignale dispersiv verändern.
Abgesehen von der Tatsache, dass eine Masse, welche aufgrund ihrer Größe Urheber der Anomalie sein könnte, auch merkbare Einflüsse auf die Planetenbahnen nehmen sollte, ließen sich derartige Effekte durch Konsistenzbetrachtungen auf mehreren Ebenen ausschließen [6].

Literaturverzeichnis:

[7]: A. Einstein, L. Infeld und B. Hoffmann, Annals Math. 39, 65 (1938)
Nicht-gravitative Einflüsse

Aus der Berücksichtigung von Materialeigenschaft, Masse und effektiver Fläche der Sonde ergibt sich eine korrigierte Beschleunigung (Abb. 15) auf Grund von Externer LinkSonnenwind und Externer LinkSonnenstrahlung. Es fällt auf, dass der solare Strahlungsdruck für Entfernungen größer als 15 AE deutlich kleiner als die gemessene Pioneer-Anomalie ist, eine Abschätzung der Ungenauigkeiten bei der Berechnung dieses Beschleunigungseffektes liefert ca. 2% der Anomalie als möglichen maximalen Fehler.
Eine Abbremsung der Sonden ist durch interstellaren Staub denkbar, welche sich aus bekannten Größen wie der Aufprallfläche, der Masse, dem Widerstandsbeiwert der Sonde und deren Geschwindigkeit durch das interplanetare Gas berechnen lässt. Die Dichte des interplanetaren Gases als kritischen Parameter ergibt sich zu 10^-24 gcm^-3 aus Modellrechnungen bzw. zu 10^-26 gcm^-3 aus Messungen mit der Sonde Externer LinkUlyssses und ist damit um einen Faktor 3·105 zu klein, um für Anomalie verantwortlich sein zu können.

Solarer Strahlungsdruck für Pioneer 10 und 11
Abb. 15: Solarer Strahlungsdruck für Pioneer 10 und 11 (nach [6]).
Beobachtungseinflüsse

Üblicherweise werden Sondenbewegungen in baryzentrischen Koordinaten beschrieben, die durch das ICRF (Externer LinkInternational Celestial Reference System) festgelegt sind und durch die Berücksichtigung von 212 extragalaktischen Quellen als quasi-stationär angesehen werden können. Alle sondenbezogenen Messungen erfolgen über das Externer LinkDSN und unterliegen damit der gesamten Erdbewegung (Externer LinkPräzession, Externer LinkNutation, Externer LinkRotation, Externer LinkPolbewegung, Externer LinkGezeitenkräfte, Externer LinkTektonik), deren genaue Daten vom IERS (Externer LinkInternational Earth Rotation and Reference Systems Service) und EOP (Externer LinkEarth Orientation Parameters) übernommen werden. LLR (Externer LinkLunar Laser Ranging), SLR (Externer LinkSatellite Laser Ranging) und VLBI (Externer LinkVery Long Baseline Interferometry) liefern Daten zur Unregelmäßigkeiten und Abbremsung der Erdrotation.
Die Externer LinkEphemeriden-Zeit muss über genaue Lage, Geschwindigkeit und Gavitationspotential der Bodenstation auf die TAI (Externer LinkInternationale Atomzeit) umgerechnet werden, welche wiederum mit der UT1 (Externer LinkUniversal Time 1) zu verknüpfen ist.
Effekte am Externer LinkDSN (Alterungserscheinungen, Einflüsse von Masse, Wind, Tektonik, ... auf die Parabolantennen), die Blauverschiebung des Dopplersignals auf Grund von Drifts in der Zeitmessung oder Drifts der Trägerfrequenz und die Dispersion durch interplanetares Gas und Plasma konnten durch Modellrechnungen, Vergleiche mit anderen Satelliten und Pulsaren sowie durch Messungen der Dispersion bei anderen Sondenmissionen abgeschätzt werden und weisen keine Signifikanz auf.
Jedenfalls zeigt die Anomalie eine Tages- und Jahres-Modulation von 10%, die man auf ungenaue Daten in den Programmen zur Bahnberechnungen zurückführt, am eigentlichen Befund der Pioneer-Anomalie, nämlich einer über Jahre hinweg konstanten Beschleunigung, aber nichts ändert.

mich wundert es halt das da plötzlich drei studenten meinen mit irgendeiner wärmeabstrahlung den effekt erklären zu können

Dummerweise traten die Anomalien nicht nur bei den Pioneers auf, sondern bei fast allen künstlichen Flugkörpern. Mit ungleichmässiger Wärmeabstrahlung der Pioneers ist dieser Effekt nicht in seiner Gesamtheit aufgeklärt. Zudem ist es so, dass dieser Effekt nicht sehr groß ist, man kann da alles mögliche reinwurschteln um den Effekt zu klären, funktioniert aber nicht wenn man alle künstlichen Flugkörper einbezieht und den gleichen erklärbaren Effekt unterstellt.

Speziell zu den Pioneers wurde vom Jet Propulsion Laboratory ermittelt, das die Wärmeabstrahlung den Effekt, jetzt nur bezüglich der Pioneers, höchstens zu 30% verursachen kann.
Ich denke die sind ein bißchen kompetenter als die 3 Studenten.

Die Anomalie bleibt eine Anomalie.

Wie wäre es mit ... dem "interstellaren Wind"? (Der ist mir eingefallen, weil Harald Lesch vor ein paar Wochen mal darüber gesprochen hat)

Es sind ja auch (von) außerhalb des solaren Systems allerhand Partikelströme unterwegs, Stichwort "kosmische Strahlung". Und so wie das Magnetfeld der Erde den "solaren Wind" ablenkt, so lenkt auch das Magnetfeld der Sonne den "interstellaren Wind" ab.

Und je weiter sich Sonden von der Sonne entfernen, um so schwächer wird dort das solare Magnetfeld, ergo wird die "Bremswirkung" des interstellaren Windes größer.

Ob sich das von der Größenordnung her ausgehen kann: keine Ahnung.:) - Aber vom Grundprinzip her wär's doch ganz plausibel.

Nein, das ist ausgeschlossen worden, entweder stimmt die Gravitationstheorie nicht, oder es liegt an Meßfehlern, die aber mittlerweile auch so gut wie ausgeschlossen sind.

darkExistence schrieb:entweder stimmt die Gravitationstheorie nicht

Das ist wohl am unwahrscheinlichsten. Eher ist doch wohl, dass irgend eine andere Gravitation auf diese Sonde wirkt. MOND (nicht zu verwechseln mit dem Mond) und dunkle Materie wurde hier ja schon angesprochen.

Natürlich gibt es noch den Faktor unbekannt, wir wissen es einfach nicht. Im übrigen sind Gravitationstheorie und z.B auch die kosmoligische Konstante als big theorys nicht gerade unangreifbar.

@darkExistence
Hallo.

darkExistence schrieb:Speziell zu den Pioneers wurde vom Jet Propulsion Laboratory ermittelt, das die Wärmeabstrahlung den Effekt, jetzt nur bezüglich der Pioneers, höchstens zu 30% verursachen kann.

Studie/Link? ... nette Grüsse

ich suchs raus, gibts spätestens morgen, oki? (also heute:))

@darkExistence
He das war aber fix....ach zeit ist doch noch relativer...! :-)
Also machen wir uns die Welt doch einfach, wie sie uns gefällt!?
Ich bin dafür...klar man. ;-)

Ruhe süss

:-) Netten Gruss Z.

bo schrieb am 25.05.2010:Ist die dunkle Materie doch nicht so wichtig, sondern waren die entsprechenden Formeln einfach nicht genau genug definiert?

Doch das ist schon wichtig, aber man sollte davon wegkommen das dunkle Materie = dunkle Masse ist. Besser ist vielleicht der Begriff Scheinmasse, dunkle Materie ist im Prinzip eher eine mathematische Kuriosität. Das muss nicht unbedingt in die Kategorie unbeobachtbare Schwarzkörper von Masse fallen.

Z. schrieb:Ruhe süss

:-) Netten Gruss Z.

Jup, du auch

Link ist

Pioneer Anamoly Project 2008

, such dir einfach aus was dir richtig erscheint. :) und tschüß.