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Anomalía pionera resuelta por la técnica de gráficos por computadora de la década de 1970
Durante la última década más o menos, la anomalía pionera se ha convertido en uno de los grandes acertijos sin resolver de la astrofísica.
El problema es este. Las naves espaciales Pioneer 10 y 11 se lanzaron hacia Júpiter y Saturno a principios de la década de 1970. Después de sus respectivos sobrevuelos, continuaron en trayectorias de escape fuera del Sistema Solar, ambos desacelerando bajo la fuerza de la gravedad del Sol. Pero los medidores cuidadosos muestran que la nave espacial se está desacelerando más rápido de lo que debería, como si fuera arrastrada por una fuerza adicional invisible hacia el Sol.
Esta desaceleración es pequeña: solo (8.74 ± 1.33) × 10 ^ −10 ms ^ −2. La gran pregunta es de dónde viene.
El primer pensamiento de los ingenieros de la nave espacial fue que el calor emitido por la nave espacial podría causar exactamente este tipo de desaceleración. Pero cuando examinaron la forma en que se producía calor en la nave, mediante el plutonio a bordo, y cómo debió haber sido emitido, no pudieron sumar los números. A lo sumo, los efectos térmicos podrían representar solo el 67 por ciento de la desaceleración, dijeron.
Eso llevó a una serie de otras ideas, algunas de las cuales he cubierto en este blog. Por ejemplo, el año pasado analizamos un trabajo que descartaba la posibilidad de que la gravedad pudiera ser más fuerte en estas distancias, ya que deberíamos poder ver un efecto similar en la órbita de otros objetos distantes como Plutón.
Ahora Frederico Francisco, del Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear en Lisboa, Portugal, y algunos amigos, dicen que han averiguado dónde fallaron los cálculos térmicos.
Estos muchachos han rehecho los cálculos utilizando un modelo de computadora no solo de cómo se emite el calor, sino también de cómo se refleja en las diversas partes de la nave espacial. Las reflexiones resultan cruciales.
Los cálculos anteriores solo han estimado el efecto de los reflejos. Así que Francisco y compañía usaron una técnica de modelado por computadora llamada Sombreado Phong para averiguar exactamente cómo se refleja el calor emitido y en qué dirección termina viajando.
El sombreado Phong se ideó en la década de 1970 y ahora se usa ampliamente en muchos paquetes de renderizado para modelar reflejos en tres dimensiones. Originalmente se desarrolló para manejar los reflejos de la luz visible de los objetos 3D, pero funciona igual de bien para la luz infrarroja, dicen Francisco y compañía.
En particular, el sombreado de Phong ha permitido al equipo portugués incluir por primera vez el efecto del calor emitido por una parte de la nave espacial llamada compartimento principal del equipo. Resulta que el calor de la pared trasera de este compartimento se refleja en la parte trasera de la antena de la nave espacial (ver diagrama de arriba).
Dado que la antena apunta hacia el Sol, hacia la Tierra, los reflejos de su espalda tenderían a desacelerar la nave espacial. La radiación de esta pared, en una primera iteración, se reflejará en la antena y agregará una contribución a la fuerza en la dirección del sol, dicen Francisco y compañía.
He aquí, este componente extra de fuerza marca la diferencia. Como lo expresaron Francisco y compañía: Con los resultados presentados aquí, se hace cada vez más evidente que, a menos que surjan nuevos datos, el enigma de la aceleración anómala de las sondas Pioneer finalmente puede resolverse. En otras palabras, la anomalía desaparece.
Por supuesto, otros grupos querrán confirmar estos resultados y un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de Pasadena, que ha recopilado los datos de las sondas, está estudiando actualmente su propio modelo informático de los presupuestos térmicos.
Será interesante ver si están de acuerdo. Si lo hacen; problema resuelto. ¡Probablemente!
Ref: arxiv.org/abs/1103.5222 : Modelado de la contribución térmica reflexiva a la aceleración de la nave espacial pionera
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