Swego czasu o Wielkim Zderzaczu Hadronów (Large Hadron Collider, LHC), gigantycznej machinie piekielnej zakamuflowanej w kazamatach szwajcarskiego instytutu naukowgo CERN, zadarzało mi się pisać i rzadziej i częściej (bardziej to drugie), z tego względu niektórzy z Was mogą być zaskoczeni tym, że i tym razem wpis o LHC jednak nie będzie – zbyt wiele hałasu, nawet w „szeroko dostępnych” mediach, wokół tej „maszyny końca świata” ostatnio było, by po raz kolejny mnożyć niepotrzebnie i tak już wtórne treści – wystarczy mi z wielkim zadowoleniem stwierdzić, że LHC ponownie działa po czternastu miesiącach przerwy, pierwsze wiązki w końcu spotkały się na swych przeciwbieżnych drogach a wszystko przebiegło zaskakująco dobrze – więcej nawet: dosłownie “przed chwilą” (informacja z wczoraj) urządzenie to ustanowiło rekord jeśli chodzi o energię przyspieszanych protonów, warto odnotować to i dlatego, że wbrew obawom sceptyków Ziemia jako taka ciągle istnieje i świat się nie skończył. Jeśli jednak tylko coś rzeczywiście ważnego w przyszłości w CERN’ie się wydarzy (pomijając, mam nadzieję, kolejną usterkę, mam tutaj na myśli bardziej przełomowe odkrycia) nie odmówię sobie przyjemności o tym rozwlekle jak to mam w zwyczaju napisać.

Szampańska fiesta społeczności naukowej związana z rozkręceniem LHC na dobre nie jest jednak jedynym godnym uwagi, choć niewątpliwie najgłośniejszym, wydarzeniem ostatnich dni i tygodni w świecie  – do takich przynależy w moim mniemaniu również jak najbardziej fakt, któremu wspomnianej wyżej uwagi poświęcono o wiele mniej – dwa tygodnie temu,  13 listopada, w odległości niespełna dwóch i pół tysiąca kilometrów od naszej planety przemknęła sobie po cichutku sonda kosmiczna Rosetta.

Z pewnością samo wydarzenie jako takie nie rzuca na kolana i nie odbierze Wam spokojnego snu nocami, jednak to nie do końca tak, jak na pierwszy rzut oka wygląda – zazwyczaj mimo wszystko nie fatyguję się pisać o każdym przelocie sond kosmicznych wokół Ziemi (czy innej planety), musi więc chodzić o coś więcej. Niektórzy z Was pewnie już mogą przypuszczać, do czego zmierzam – do tzw. anomalii „fly-by”.

Angielskojęzycznym, a jakżeby inaczej, pojęciem „fly-by” określa się manewr, służący do – oględnie mówiąc – przyoszczędzenia kilku wcale niemałych groszy w przypadku misji kosmicznych. Ponieważ sondy badawcze to z założenia względnie niewielkie urządzenia i wszystkim naukowcom zależy na tym, by jak najwięcej aparatury pomiarowej w nich upchać, ogranicza się ilość paliwa niezbędnego do wykonania całej misji do niezbędnego minimum. Pomaga w tym niewątpliwie właśnie wykorzystanie mechanizmu „fly-by”, polegającego na tym, że sonda kierowana jest (nawet kilkakrotnie) po precyzyjnie obliczonej trajektorii w pobliże masywnego obiektu (w naszym Układzie Słonecznym świetnie nadaje się do tego na przykład Jowisz, Ziemia spełnia również swoje zadanie całkiem dobrze), gdzie sonda ta, uchwycona w grawitacyjne łapy planety nabiera „darmowo” prędkości i jak z procy wystrzeliwana jest w dalszą podróż. Poprzez kilkakrotne powtórzenie tego manewru można wydatnie przyspieszyć urządzenie bez inwestowania w to wszystko zbyt wiele energii. Można więc powiedzieć, że manewr „fly-by” oddaje nieocenione przysługi wszystkim operatorom misji badawczych. I mogłoby tak pozostać na wieki wieków, jednak poza korzyściami zawdzięczamy mu również jedną z najbardziej frapujących tajemnic współczesnej eksploracji kosmosu – mianowicie anomalię z nim związaną.

Jeśli jeszcze nie spotkaliście się z tym zagadnieniem, to pewnie zaskoczy Was fakt, iż nie jest to jakaś absolutna nowość – o istnieniu anomalii wiadomo już od niemal dwudziestu lat, tym bardziej może dziwić, że mimo najróżniejszych prób jej wyjaśnienia naukowcy ciągle są zasadniczo w tym samym miejscu, co wówczas – krótko mówiąc nie mają zielonego pojęcia co anomalię wywołuje. Anomalia „fly-by” polega w uproszczeniu na tym, że sondy kosmiczne, zbliżając się do Ziemi w celu nabrania prędkości, „głupieją” i ich prędkość zmienia się w sposób niezgodny z precyzyjnymi obliczeniami w oparciu o Ogólną Teorię Względności. Sondy niezwykle subtelnie zdają się przyspieszać – wartości o jakie zmienia się prędkość są niezwykle małe (rzędu milimetrów na sekundę), nie są to jednak wartości, które można by zaniedbać całkowicie (choć dla samej realizacji misji nie mają znaczenia)  i jednocześnie wystarczają, by wykazać niezgodność z przewidywaniami.

Wszystko zaczęło się w grudniu 1990 roku, kiedy to sonda kosmiczna Galileo zbliżyła się do Ziemi na odległość niespełna tysiąca kilometrów, wykazując przy tym nieznanego pochodzenia zwiększenie prędkości o 3,92 mm/s w stosunku do wartości przewidywanej. Zaskoczeni naukowcy sprawdzili wszystkie możliwości  – wykluczono błędy pomiarowe, obliczeniowe lub inne możliwe przyczyny, nie udało się również znaleźć sensownej odpowiedzi na pytanie, dlaczego sonda zwiększyła prędkość. Kiedy ta sama sonda przybliżyła się ponownie do naszej planety w 1992 roku, była zbyt blisko (300 km nad powierzchnią), poprzez co znalazła się w wysokich warstwach ziemskiej atmosfery, tym samym wiarygodne pomiary tajemniczego efektu nie były po prostu możliwe.

Kilka kat później, bo w 1998 roku, sonda NEAR Shoemaker przelatując obok Ziemi wykazała największe zmierzone dotąd zwiększenie prędkości – „aż” o 13,46 mm/s. W 2005 roku sonda Rosetta, w odległości niemal dwóch tysięcy kilometrów od planety, przyspieszyła o zaledwie 1,82 mm/s. To jednak nie wszystko – obraz zdaje się zaciemniać dodatkowo zaskakujący fakt, iż zwiększenie prędkości nie dotyczyło wszystkich sond, gorzej nawet, nie zostało stwierdzone w przypadku wszystkich przelotów jednej i tej samej sondy. Pierwszy przypadek dotyczy na przykład przelotu sondy Messenger w sierpniu 2005 roku, kiedy zmierzona wartość była zbyt mała, by wyjść poza ramy możliwego błędu pomiarowego. Najciekawiej jednak przedstawia się historia wspomnianej na początku Rosetty – o ile w 2005 roku, podczas poprzedniego przelotu, sonda ta przyspieszyła, o tyle podczas kolejnego naukowców spotkało rozczarowanie – w 2007 roku zmian prędkości nie zanotowano.

Można więc łatwo się domyśleć, że badacze zainteresowani rozwiązaniem zagadki anomalii z niecierpliwością wyczekiwali na listopad tego roku, kiedy to sonda Rosetta po raz ostatni zbliżyła się do Ziemi, by nabrać prędkości dla swego wojażu ku komecie okresowej 67P/Czuriumow-Gierasimienko, ku której w końcowej fazie projektu (w roku 2014) wysłany zostanie lądownik Philae. Oczekiwano nowych rewelacji, tymczasem… sonda zachowała się tak jak poprzednio, czyli „zwyczajnie”.

Analiza danych zebranych przez naukowców śledzących przelot sondy w pobliżu Ziemi, dokonana wspólnie przez agencje kosmiczne NASA i ESA, wykazała, iż nie ma mowy tym razem o jakimkolwiek odchyleniu od przewidywanych wartości. Wszystko przebiegło zgodnie z planem i obliczeniami, tym samym tajemnica ciągle pozostaje nierozwiązana i poczekamy jeszcze trochę na jakieś konkretne wnioski (jeśli w ogóle kiedyś ją rozwikłamy).

Pomysłów związanych z anomalią „fly-by” w ciągu minionych 20. lat było naprawdę wiele – agencje kosmiczne przeprowadzały szeroko zakrojone i bardzo skrupulatne badania, które pozwalały im zawsze wykluczać przyczyny leżące po naszej stronie, czy to związane z błędami sprzętowymi, oprogramowania czy obliczeniowymi. Odważniejsi naukowcy sugerowali coraz bardziej szalone wersje zdarzeń, między innymi chciano kwestionować podstawy współczesnej fizyki, związane z Ogólną Teorią Względności. Rozważano na przełomie lat wiele frapujących propozycji – jedne z nich rozważały wpływ sił pływowych naszej planety na obiekty w jej pobliżu, inne za winowajcę uznawały ciśnienie promieniowania emitowanego lub reflektowanego przez Ziemię, skrajni fantaści w tym miejscu widzieli nawet sławetną ciemną materię lub ciemną energię. Swego czasu pojawił się interesujący w rzeczy samej pomysł – stworzono wzór obliczeniowy, który brał pod uwagę wpływ kąta, pod jakim sonda zbliża i oddala się w stosunku do równika naszej planety, jednak kiedy Rosetta w 2007 nie wykazała żadnego odchylenia, równanie i to równanie okazało się niewypałem. Innym obiecującym rozwiązaniem może być założenie, że tzw. wleczenie czasoprzestrzeni przez ruch obrotowy Ziemi jest silniejszy, niż się spodziewano.

Niezależnie jednak od tego, czy istnieją obiecujące pomysły czy też nie, jedno pozostaje faktem – od dwudziestu lat nikt nie podał wyczerpującego wyjaśnienia dla anomalii. Choć może w końcu się okazać, że to coś naprawdę kuriozalnego lub banalnego, to póki co nie mamy pojęcia, z czym mamy do czynienia. A czym byłaby nauka bez tajemnic?

Źródła:

Link 1

Link 2

Grafika: Sonda Rosetta

Źródło grafiki

Credit: ESA/AOES Medialab

Wpisy o podobnej tematyce:

• Satelita satelity
• Prawdziwe barwy Ziemi
• Współczesny mit o Ikarze
• Pierścieniowa demokracja
• Zbyt zimna krew