Ursachen der Pioneer-Anomalie

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jonas

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P.S. Das Quote-Symbol funktioniert bei mir seit der Umstellung auf das neue Design nicht mehr. Deshalb muss ich Zitate in Anführungszeichen setzen.
Merkwürdig. Aber Du kannst den code notfalls ja auch über die Tastatur eingeben: "[ Quote]" und "[ /Quote]" (jeweils ohne Leerzeichen ;))
 

SirToby

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Physikalischer Effekt oder nicht?

Zitat von Bynaus:
Ich finde aber immer noch, wir müssen erst einmal abwarten, bis die Daten der Pioneer-Anomalie fertig aufbereitet sind (es soll ja diesen Sommer soweit sein). Erst dann lässt sich z.B. sagen, ob die Beschleunigung tatsächlich zur Sonne hin (Hinweis auf physikalischen Effekt) oder zur Erde hin (Hinweis auf nicht-physikalischen Effekt) zeigt.

Hallo,

kann man denn die Richtung der Erde von der Richtung der Sonne überhaupt noch unterscheiden in dieser Entfernung? Die Sonden sind rund 14 Mrd km entfernt, der Erde-Sonne-Abstand beträgt 150 Mio km. Das entspricht einem Auflösungswinkel von arctan(150/14000) = 0,6 Grad. Hinzu kommt noch, dass die Erde in all den Jahren rund 30mal um die Sonne gewackelt ist.

An einen Einfluß des Galaxienzentrums plus DM glaube ich nicht so recht. Das müßte sich ja dann asymmetrisch auf zwei Sonden auswirken, die in entgegengesetzter Richtung das Sonnensystem verlassen.

Noch ein Wort zu den hypothetischen Annahmen einer symmetrischen (Hohl)Kugel aus DM um das Sonnensystem: Man kann theoretisch nachweisen, dass ein solches Gebilde eine sich überall(!) aufhebenden gravitative Wirkung im Inneren der Kugel hätte. Ausserhalb hätte man wieder eine 1/r^2-Abnahme der Gravitation, wie bei allen Himmelskörpern.

Gruß SirToby
 

Orbit

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SirToby
Die Überlegung, die Du im Kleinen zum Richtungsunterschied
Sonde - Sonne
Sonde - Erde
machst, mache ich im Grossen:
In einem Cluster mit einem sehr grossen Radius - ich denke da an 2,5 Mpc - ist der Abstand unseres Sonnensystems zum Zentrum der Galaxis ein Klacks und beträgt gerade mal 0,35% von R. Völlig vernachlössigbar ist hingegen der Abstand der beiden Sonden. Beide Sonden, Sonne und Erde befinden sich auf dieser Skala praktisch im Zentrum des gedachten Clusters und erfahren nach meiner Hypothese alle die maximale Beschleunigung gi, diese gemessenen 8,74E-10 m/s^2, ein Wert, welcher am Rand des Clusters immer noch 2/3 davon betragen würde. Und dieser sehr sehr langsame Abfall wäre in diesem vergleichsweise winzigen Bereich nicht messbar. Alle Messungen müssten hier den Maximalwert ergeben.
Dieser Wert für gi ist aber nach meiner Simulation bei einem Abstand von 1 AU nur ein 7 Millionstel, bei 40 AU, also auf der Plutobahn, allerdings schon 1/4255stel oder 0,235 Promille von ga - und damit ohne weiteres messbar.
Gruss Orbit
 

SirToby

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Versteh gi = GM/2R^2(3-r^2/R^2) nicht!

Zitat: Orbit
ga = Gm/r^2
gi = GM/2R^2(3-r^2/R^2)

In dieser Vorstellung hätten die Buchstaben folgende Bedeutung:
G = Gravitationskonstante
m = Masse der Sonne
r = Abstand der Sonde von der Sonne
M = Masse des Clusters
R = Radius des Clusters

Hallo Orbit,

habe ehrlich gesagt Deine Formel für die Beschleunigung im Inneren eines Clusters noch nicht richtig verstanden. Mag aber auch an der unglücklichen plaintext-Darstellung der Formel liegen. Wird denn die runde Klammer mit dem Rest multipliziert? Und woher kommt der Summand 3?

Also ich stelle mir eine Kugel vor, in der homogen Materie (baryonisch oder DM ist egal) verteilt ist. Dann kann man theoretisch nachweisen, dass im Kugelzentrum Schwerelosigkeit herrscht und von der Mitte zum Rand hin die Gravitation linear(!) zunimmt. Genau am Rand mit dem Radius R herrscht aber genau die Beschleunigung, die die Gesamtmasse im Abstand R erzeugen würde. Hat diese Vorstellung etwas mit Deinen Überlegungen zu tun?

Gruß SirToby
 

Orbit

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Hallo SirToby
Die Formel ist aus Hans J.Paus' "Physik in Experimenten und Beispielen".

"Wird denn die runde Klammer mit dem Rest multipliziert?"
Ja. gi = GM/2R^2*(3-r^2/R^2)

"Also ich stelle mir eine Kugel vor, in der homogen Materie (baryonisch oder DM ist egal) verteilt ist. Dann kann man theoretisch nachweisen, dass im Kugelzentrum Schwerelosigkeit herrscht und von der Mitte zum Rand hin die Gravitation linear(!) zunimmt."

Diese Vorstellung ist falsch. gi nimmt zum Rand hin ab:
gi im Zentrum = 3/2 * GM/2R^2
gi am Rand = 2/2 * GM/2R^2 = GM/2R^2
Von da an gilt nach aussen die Formel für ga.
Gruss Orbit
 

Ich

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Da musst du irgendwas durcheinandergebracht haben. Wenn gi die Fallbeschleunigung sein soll, dann muss es heißen
gi=4/3*pi*G*rho*r,
insbesondere muss gi im Zentrum aus Symmetriegründen verschwinden.
Oder ist das die ATM-Idee, von der du immer sprichst?

Edit: Moment, ich hab übersehen, dass im Cluster noch eine Sonne sitzen soll. Die Formel kann aber trotzdem nicht stimmen, da muss noch m rein und 1/r² und so Dinge.
 

SirToby

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Flug in eine Galaxie

Hallo Orbit,

irgendwie scheint diese Formel etwas anderes zu meinen als die Beschleunigung in einem Materiecluster. Wenn klein r der laufendend Abstand vom Zentrum sein soll, dann frage ich mich als erstes, was ein Abstandsquadrat im Zähler einer Gravitationsformel zu suchen hat. - Aber sei es drum. Im Zentrum gilt r=0. Dann müsste es heißen

gi im Zentrum = 3/2 * GM/R^2

Für gi am Rand gilt r=R

gi am Rand = 2/2 * GM/R^2 = GM/R^2

Hast Dich wahrscheinlich überall um einen Faktor 2 vertan. Trotzdem nehm ich Dir die gi-Formel noch nicht ganz ab. Folgendes Gedankenexperiment: Das Raumschiff Enterprise nähert sich aus großer Entfernung einer Galaxie. Diese wirkt zunächst punktförmig gravitativ. Die Anziehung steigt mit abnehmenden R gemäß ga=GM/R^2 immer weiter an. Enterprise erreicht den Rand der Galaxie. Einige tausend Sterne befinden sich bereits rechts und links neben dem Raumschiff. Ihre Gravitationswirkung trägt schon nicht mehr zur weiteren Beschleunigung bei. Querbeschleunigungen heben sich auf. Das Raumschiff taucht in die ersten Spiralarme der Galaxie ein. Einige Million Sterne liegen orientierungmäßig hinter dem Raumschiff und tragen somit sogar zu einer Abbremsung bei, während der Rest von einigen hundert Millionen Sternen noch eine Zusatzbeschleunigung bewirken. Das Raumschiff nähert sich dem Zentrum der Galaxie. Die Gravitationswirkung aller Sterne heben sich hier richtungsmäßig auf.
Man könnte nun mit einem einfachen Vektorintegralansatz zeigen, dass die Beschleunigungscharakteristik innerhalb eines homogenen Mediums linear ist. - Hat denn Herr Paus in seinem Physikbuch irgendetwas zur Herleitung seiner Formel geschrieben?

Gruß SirToby
 

SirToby

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Schöne Formel

Zitat von Ich:
Da musst du irgendwas durcheinandergebracht haben. Wenn gi die Fallbeschleunigung sein soll, dann muss es heißen
gi=4/3*pi*G*rho*r,

Hallo Ich,

das ist eine Formel, die mir gefällt und alle Bedingungen erfüllt.

1. Linear zunehmende r-Abhängigkeit

2. gi=0 für r=0

3. Stetiger Übergang am Rand:

rho ist wahrscheinlich die mittlere Materiedichte.

rho = M/V = M / (4/3 * pi * r^3) = Clustermasse / Clusterkugelvolumen

Setzt man diese Dichteformulierung in Deine Formel ein, so erhält man

gi = 4/3 * pi * G * M * r/ (4/3 * pi * r^3) = GM/r^2

Es reproduziert sich korrekt, die Beschleunigungsformel für den Raum außerhalb des Clusters.
So ist's recht!

Gruß SirToby
 

mac

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Hallo Orbit,
Also ich stelle mir eine Kugel vor, in der homogen Materie (baryonisch oder DM ist egal) verteilt ist. Dann kann man theoretisch nachweisen, dass im Kugelzentrum Schwerelosigkeit herrscht und von der Mitte zum Rand hin die Gravitation linear(!) zunimmt.
diese Vorstellung von SirToby ist unter bestimmten Randbedingungen völlig richtig.

Die Randbedingungen: Die Masse des Clusters ist kugelförmig und gleichförmig verteilt.

Sowas kommt aber zumindest auf Maßstäben im Bereich Sonnensysteme, Kugelhaufen, Galaxien und Galaxiencluster nicht vor, daher liegst Du mit Deiner 2/3 Angabe möglicherweise sogar näher an der Wirklichkeit als SirToby.

Die tatsächlichen Verhältnisse sind aber viel komplizierter. Innerhalb einer Galaxie gilt diese Kugel-Vereinfachung höchstens im innersten Kernbereich und da auch nicht linear, weil die Dichte exponentiell abfällt.

Im Scheibenbereich kommt es je nach Massenverteilung sogar zu einer Abnahme der resultierenden Gravitation.

Deine Schlußfolgerung (in Post 23, so wie ich sie zu verstehen glaube) über die unterschiedliche Entwicklung der Gravitation innerhalb eines Sonnensystems und innerhalb einer Galaxis oder eines Klusters halte ich allerdings nicht für zulässig, weil das gesamte Sonnensystem respektive die gesamte Galaxis dieser Gravitation in der lokal gegebenen Gleichförmigkeit unterliegt.


Herzliche Grüße

MAC
 

Orbit

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Hallo
Machen wir es kurz und schmerzlos - für Euch :) :
Ihr habt Recht.

Ich:
Da musst du irgendwas durcheinandergebracht haben. Wenn gi die Fallbeschleunigung sein soll, dann muss es heißen
gi=4/3*pi*G*rho*r
Das ist so. Es müsste
ai=4/3*pi*G*rho*r
heissen, und das ist dasselbe wie ai = GMr/R^3

SirToby:
Also ich stelle mir eine Kugel vor, in der homogen Materie (baryonisch oder DM ist egal) verteilt ist. Dann kann man theoretisch nachweisen, dass im Kugelzentrum Schwerelosigkeit herrscht und von der Mitte zum Rand hin die Gravitation linear(!) zunimmt.
Klar. Das sehe ich jetzt auch, und somit bin ich jetzt gleicher Meinung wie

mac:
diese Vorstellung von SirToby ist unter bestimmten Randbedingungen völlig richtig.
Ich habe mich verrannt, und bitte deshalb den Webmaster, alle Beiträge ab dem 6. aus diesem Thread in das Unterforum 'Gegen den Mainstream' zu verschieben. Löschen nicht; denn meine Grundidee ist trotz allem noch nicht vom Tisch, und das hat etwas mit macs Bemerkung zu tun:
Die tatsächlichen Verhältnisse sind aber viel komplizierter. Innerhalb einer Galaxie gilt diese Kugel-Vereinfachung höchstens im innersten Kernbereich und da auch nicht linear, weil die Dichte exponentiell abfällt.
Den letzten Satz von mac möchte ich dann im nächsten Beitrag noch diskutieren,
Deine Schlußfolgerung (in Post 23, so wie ich sie zu verstehen glaube) über die unterschiedliche Entwicklung der Gravitation innerhalb eines Sonnensystems und innerhalb einer Galaxis oder eines Klusters halte ich allerdings nicht für zulässig, weil das gesamte Sonnensystem respektive die gesamte Galaxis dieser Gravitation in der lokal gegebenen Gleichförmigkeit unterliegt.
muss mir das aber erst noch überlegen.
Gruss Orbit
 

SirToby

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Einfluß des Kuipergürtels

Hallo,

aber eigentlich geht es ja um die Pioneer Anomalie. Und zu diesem Thema habe ich gelesen, dass die untersuchenden Wissenschaftler auch den Einfluß von unbekannten Masseverteilungen im Kuipergürtel diskutiert haben; aber die Möglichkeit eines Einflußes als nicht bestimmend eingestuft haben.

Hierzu habe ich folgende Überlegungen. Idealisierend nehme ich an, dass der Kuipergürtel eine dünne Scheibe bildet mit einem Innenradius und einem Aussenradius. Die Masse ist über alle Winkel gleichmäßig verteilt und auch über den Bereich vom Innenradius bis zum Aussenradius einigermaßen gleichmäßig verteilt. Eine Sonde startet aus der Nähe des Sonnensystemzentrums durchfliegt den freien Raum, durchfliegt den Kuipergürtel (keiner wußte damals, ob das überhaupt gut geht, darum auch 2xPioneer) und verläßt den Kuipergürtel in den freien Raum.

Nun kann man mit Hilfe von Vektorfeldintegralen zeigen, dass sich die Graviationswirkung des Kuipergürtels auf die Sonde aufhebt, solange die Sonde sich innerhalb des Innenradius befindet und solange sie sich in der Rotationsebene des Sonnensystems befindet. In diesem Bereich wirkt allein die Gravitation der Sonne bzw. die Gravitation irgendwelcher nahen Planeten.

Erst bei der Passage des Kuipergürtels beginnt dessen zunehmender Einfluß. Die Bremswirkung nimmt zu. Beim Verlassen des Kuipergürtels kann seine Masse wegen der Rotationssymmetrie rechnerisch der Sonne zugeschlagen wird. Es gilt wieder das 1/r^2-Gesetz.

Vielleicht ist dies nicht die Erklärung für die Pioneer Anomalie. Aber mit dieser Überlegung könnten man doch aus den Pioneer Daten ganz einfalch die Gesamtmasse des Kuipergürtels errechnen.

Gruß SirToby
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:

Orbit

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Hallo SirToby
Zum Einfluss des Kuiper-Gürtels:

"Vielleicht ist dies nicht die Erklärung für die Pioneer Anomalie."

Die Anomalie wurde bereits bei 20 AU festgestellt, also weit innerhalb des Sonnensystems. Deshalb muss als sicher angenommen werden, dass der Kuipergürtel nicht die Ursache der Anomalie sein kann.

"...mit dieser Überlegung könnten man doch aus den Pioneer Daten ganz einfalch die Gesamtmasse des Kuipergürtels errechnen."

Ich denke, man hat das gemacht. Man musste das doch herausrechnen; denn wie käme man sonst auf einen konstanten Wert für die Anomalie vor, im und schliesslich ausserhalb des Gürtels?

Gruss Orbit
 

SirToby

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Feines Wölkchen aus dunkler Materie

Hallo Orbit,

ja, wenn es so ist, dann kann man es ja auf den einfachen Punkt bringen, dass das einfache 1/r^2-Gesetz des geometrischen Entfernungsabfalls der Gravitation nicht so ganz stimmt. - Entfernte Massen aus den Tiefen des Milchstraßensystems, die aus Perspektive der Sonde sich hinter der Sonne befinden und eine Bremswirkung hätten, würden ebenfalls eine 1/r^2-Charakteristik haben. Das 1/r^2-Gesetz könnte allenfalls durch diffus im Sonnensystem verteilte Massen gestört werden. Die sind aber nicht in Sicht.

Oder kann es sein, dass ein feines Wölkchen von dunkler Materie sogar unser Sonnensystem durchdringt? - Also für mich riecht das alles nach einer neuen Physik. Bin mal gespannt.

Gruß SirToby
 

Orbit

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SirToby

"Das 1/r^2-Gesetz könnte allenfalls durch diffus im Sonnensystem verteilte Massen gestört werden."

Ich gehe bei meinen Überlegungen davon aus.

"Die sind aber nicht in Sicht."

Weil sie dunkel sind. :)

“Oder kann es sein, dass ein feines Wölkchen von dunkler Materie sogar unser Sonnensystem durchdringt?"

Auch davon gehe ich aus, nur dass ich nicht an ein 'feines Wölkchen' denke, das sich da zufällig ins Sonnensystem verirrt hat, sondern an DM, die alles durchdringen kann, weil sie ja ausser gravitativ nicht mit gewöhnlicher Materie wechselwirkt.

"Also für mich riecht das alles nach einer neuen Physik."

So neu wäre die gar nicht. Die beiden Gesetze für aa uns ai, die zur Anwendung kämen, sind längst bekannt (mir allerdings erst seit kurzem :eek:).

"Bin mal gespannt."

Ich auch. Und Ich?*

Gruss Orbit
*P.S. Das T-Shirt, von dem ich schon mal geschwärmt habe und auf dem vorne steht
'Ich bin schizophren'
und hinten
'ich auch'
Habe ich inzwischen übrigens von meinem Bruder zum Geburtstag geschenkt gekriegt.:D
 

Ich

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Ich bin relativ emotionslos, was Pioneer-Erklärungen angeht. Mittlerweile behauptet ja schon jede Abi-Facharbeit, den Effekt erklären zu können. Und wenn sie von russischer Dichtung handelt.
Ich sehe keine großen Möglichlichkeiten für "neue Physik": Die Verletzung der ART scheint mir zu groß, so falsch kann die gar nicht sein.
Irgendwelche unerkannte Materie, meinetwegen. Aber am ehesten glaube ich, dass da alles mit rechten Dingen zugeht.
 

mac

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Hallo SirToby,

Nun kann man mit Hilfe von Vektorfeldintegralen zeigen, dass sich die Graviationswirkung des Kuipergürtels auf die Sonde aufhebt, solange die Sonde sich innerhalb des Innenradius befindet und solange sie sich in der Rotationsebene des Sonnensystems befindet. In diesem Bereich wirkt allein die Gravitation der Sonne bzw. die Gravitation irgendwelcher nahen Planeten.
das ist nur innerhalb einer homogen verteilten Kugelschale richtig, nicht aber bei einer dünnen Scheibe. Nähert sich ein Objekt einem solchen 'Ring' von innen, dann wird es mit zunehmender Annäherung an eine Stelle des Ringes, zu dieser Stelle des Ringes hin beschleunigt, verlässt es den Ring, (nach außen), dann kehrt sich die Beschleunigung um.

Man hätte also einen solchen Effekt auch bei den Pioneer-Sonden nachweisen müssen, wenn es einen solch 'dünnen' Ring gäbe.

Zur Plausibilität meiner 'Behauptung': Stell Dir ein System aus 4 gleich stark anziehenden Objekten vor, alle vier sind auf einem Kreis mit dem Radius 2 (Durchmesser 4) angeordnet, 12, 3, 6 und 9 Uhr. Am Ort: halber Weg zwischen Mittelpunkt und 12 Uhr, also Abstand 1 vom Mittelpunkt und ebenso Abstand 1 von 12 Uhr und Abstand 3 von 6 Uhr und Abstand 2,236 jeweils von 3 und 9 Uhr, herrschen demnach folgende Kräfte:

12 Uhr zieht mit 1 (1/r^2) Richtung 12 Uhr
6 Uhr zieht mit 0,111 Richtung 6 Uhr
und 3 und 9 Uhr ziehen jeweils mit 1/3 von 1/2,236^2 in Richtung 6 Uhr
Summe = 1-(0,111+0,0667+0,0667) = 0,756 in Richtung 12 Uhr.

Herzliche Grüße

MAC
 

Ich

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Da hast du recht; Oort passt besser.
Aber nicht in 20-50 AE. Wenn Gravitation die Ursache ist (worauf ich nicht tippen würde), bräuchte man irgendwas dunkles.
 

mac

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Hallo ich,

Da hast du recht; Oort passt besser.
Aber nicht in 20-50 AE. Wenn Gravitation die Ursache ist (worauf ich nicht tippen würde), bräuchte man irgendwas dunkles.
auf was beziehst Du das?

Auf die Pioneer Anomalie? Das glaube ich nicht! 8,74E-10 m/s^2 in 20 AE ist eine Masse, die größer ist, als Neptun und das noch fast innerhalb der Uranusbahn und die anderen Himmelskörper merken nichts davon? Ziemlich eigenartig.

Die Oort'sche Wolke passt überhaupt nicht. Wenn sie wie eine Schale geformt ist, merkt man nichts. Wenn sie in der Ekliptikebene konzentriert ist, müßte sie nach außen und nicht nach innen beschleunigen.


Herzliche Grüße

MAC
 

Orbit

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@ mac
Ich sehe das ähnlich wie Du. Allerdings: Ist die Oort'sche Wolke nicht eine Kugel-Schale?
Wie auch immer - der Effekt müsste, wenn auch abgeschwächt, ähnlich demjeneigen des Kuipergürtels sein, nur abgeschwächt, weil die Oort'sche Wolke diffusere Ränder hat als der Kuipergürtel.

@Ich
"Wenn Gravitation die Ursache ist (worauf ich nicht tippen würde), bräuchte man irgendwas dunkles."

Das denke ich auch, nur: Ich tippe darauf - immer noch. An der Begründung arbeite ich. :)

Gruss Orbit
 

mac

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Hallo Orbit,

Ist die Oort'sche Wolke nicht eine Kugel-Schale?
Wie auch immer - der Effekt müsste, wenn auch abgeschwächt, ähnlich demjeneigen des Kuipergürtels sein, nur abgeschwächt, weil die Oort'sche Wolke diffusere Ränder hat als der Kuipergürtel.

Dazu ein Zitat aus:
http://de.wikipedia.org/wiki/Oortsche_Wolke

Die Oortsche Wolke umschließt das Sonnensystem schalenförmig in einem Abstand von 300 bis zu etwa 100.000 Astronomischen Einheiten,

Daraus kann man schließen: Entweder überhaupt kein Gravitationseffekt innerhalb oder, sollte sie (die Oort'sche Wolke) nicht einer homogenen Schale entsprechen, würde sie bei Annäherung von innen, von der Sonne weg beschleunigen. Die Anomalie ist aber schon in einem Abstand von 20 AE aufgetreten, kann also nichts mit der Oort'schen Wolke zu tun haben.

Da man bei den äußeren Planetenbahnen diese Anomalie nicht beobachtet, kann meiner Meinung nach Gravitation nicht die Ursache sein. Deshalb halte ich es hier mit Galileo2609: Abwarten was die Untersuchung der Daten ergibt!

Herzliche Grüße

MAC
 
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