Ursachen der Pioneer-Anomalie

[jonas]

Mit einem schlichten Gemüt stelle ich mir mal eine schlichte Lösung vor: Die Dichte des interplanetarischen und interstellaren Mediums ist nicht so gering wie allgemein angenommen. Die Sonden könnten schlicht durch Reibung abgebremst werden. Ein Effekt, der bei den um so unglaublich schwereren Planeten und Monden des Sonnensystems auch über die Jahrhunderte noch nicht festgestellt worden sei.

Oder: Mit der Ablenkung aus der Ebene der Ekliptik traten die Sonden in den Halo des Sonnensystems. Und dort ist die Materiedichte höher als in der saubergeputzten Ebene. Diese Möglichkeit hängt dann davon ab, wann die Abbremsung gemessen wurde ... bevor oder danach die Sonden die Ebene der Ekliptik verlassen hatten?

Oder ist es ein pöser Messfehler ... falsche Kalibirierung der Sendefrequenzen von zwei baugleichen Sonden? Und daher systematische Fehleinschätzung der Geschwindigkeiten?

Letzteres wäre wohl eine Blamage sondersgleichen, die den wirklich lächerlich kleinen Mishap beim Hubble als Fehler der Wissenschaftsgeschichte weit in den Schatten stellen würde

Zur Erinnerung: Beim Hubble ging es um ein paar Quadratmillimeter abgeplatzten Lack ... oder so in etwa. Bei den Pioneer Sonden könnte ein ähnlich saublöder Nanofehler zu dieser Verwirrung beigetragen haben *g*

 

[Klaus]

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.

Im Gegensatz zu Planeten wäre die Masse ringförmirg verteilt und nicht in einem "Punkt" konzentriert. Dadurch wären auch die Bahnstörungen um ein vielfaches geringer als bei einem gleichschweren zusätzlichen Planeten, insbesondere bei nahezu Kreisförmigen Planetenbahnen.
Da Sonden flogen in einem relativ flachen Winkel zur Ekliptik, d.h. relativ flach über den Kuipergürtel hinweg. Bei dem Überfliegen eines ringförmigen Objektes, verschwindet bei Erreichen des Ringes zunächst die Beschleunigung nach außen und kehrt sich beim Überfliegen des Ringes in eine Beschleunigung nach innen um. Bei einem breitem Ring dürfte dies über einen längeren Zeitraum der Fall sein.

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.

Die Oort'sche Wolke liegt vor allem zu weit außerhalb der 20 bis 60 AU der Messung. Der Kuipergürtel erstreckt sich hingegen vermutlich als eine flache Scheibe über den gesamten Bereich und bleibt daher für mich der Hauptverdächtige.

Relativistische Ursachen würde ich auf jeden Fall ausklammern, die Kraft ist einfach zu groß.

 

[mac]

Hallo Klaus,

mit den Auswirkungen auf Bahnstörungen hast Du ja soweit durchaus recht.

Das Verhalten der Sonden passt aber nicht zu einer ringförmig verteilten ‚Masse’. Die Sonden hätten bei der Annäherung von innen an den ‚Ring’ zunächst von der Sonne weg beschleunigen und anschließend erst abbremsen müssen.

Die Berechnung bei homogen verteilter Masse (egal ob ring-, scheiben-, oder Kugelförmig) lässt sich dadurch vereinfachen, (ohne nennenswerten Fehler) dass man alle Masse die innerhalb der eigenen (Raumsonde, Planet) Entfernung ist, ins Zentrum des Rotationssystems konzentriert.

Eine Beschleunigung von 8,74E-10 m/s^2 ausgehend von einer 20AE entfernten Quelle setzt am Ort der Quelle eine Masse von 1,17E26 kg voraus, was etwa der Masse Neptuns entspricht.

Eine solche Masse zusätzlich am Ort der Sonne würde z.B. Uranus Umlaufgeschwindigkeit um 0,2 m/s erhöhen. Das würde dazu führen, dass er rund 0,5 Bogensekunden pro Jahr weiter kommt, als erwartet. Wenn man danach sucht, eigentlich unübersehbar?

Wenn die äußeren Planeten davon also nicht betroffen sind, dann kann die Pioneer-Anomalie auch nicht durch Gravitation verursacht sein, zumindest nicht durch Gravitation im Newton’schen Sinne und außerhalb von Newton möchte ich darüber mit einer solch unsicheren Datenlage nicht spekulieren.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Orbit]

Guten Morgen!
Klaus

Bei dem Überfliegen eines ringförmigen Objektes, verschwindet bei Erreichen des Ringes zunächst die Beschleunigung nach außen und kehrt sich beim Überfliegen des Ringes in eine Beschleunigung nach innen um. Bei einem breitem Ring dürfte dies über einen längeren Zeitraum der Fall sein.

Ja schon, aber der Kuipergürtel liegt ausserhalb von 40 AU, und die Anomalie wurde lange vorher registriert. Ab 20 AU diskutierte man darüber.
Also: der Kuipergürtel ist schmaler als Du annimmst (nicht 20 bis 60, sondern 40-60 AU), und der Messbereich breiter: <20 bis >80 AU.
Obwohl ich bezweifle, dass die Anomalie wirklich konstant sei, hätte man ein Umkippen, wie Du und mac es beschreiben, festellen müssen.

jonas
Bei der Dichte von interstellarer baryonischer Materie ist man sich meines Wissens auf Grund von Messungen ziemlich sicher. Sollte diese Dichte höher sein, kann es sich, wie Ich sagt, nur um 'etwas Dunkles' handeln.
Die technischen Ursachen, die Du erwähnst werden nach wie vor ernsthaft in Erwägung gezogen. Das Spurensicherungsprogramm (siehe im andern Pioneer-Thread) wird es hoffentlich an den Tag bringen.

mac
Was den Einfluss der Oort'schen Wolke betrifft, sind wir uns, wie schon gesagt, einig. Aber hinter Deine Aussage

Da man bei den äußeren Planetenbahnen diese Anomalie nicht beobachtet, kann meiner Meinung nach Gravitation nicht die Ursache sein.

setze ich ein Fragezeichen. Im Gegnsatz zu den Sonden sind die Planeten keine Objekte, von welchen man die Geschwindigkeiten objektiv kennt. Die ergeben sich nach Keppler und konnten bisher nicht empirisch überprüft werden.

Deshalb halte ich es hier mit Galileo2609: Abwarten was die Untersuchung der Daten ergibt!

Da wären wir uns wohl alle einig und müssten hier die Diskussion eigentlich beenden. Aber eben, da gibt es auch die Entdeckerlust der Abiturienten, auf welche der Herr Professor etwas abschätzig hinweist.
Gruss Orbit

 

[mac]

Hallo Orbit,

setze ich ein Fragezeichen. Im Gegnsatz zu den Sonden sind die Planeten keine Objekte, von welchen man die Geschwindigkeiten objektiv kennt. Die ergeben sich nach Keppler und konnten bisher nicht empirisch überprüft werden.

Meßgenauigkeiten von millibogensekunden, Sternbedeckungen und exakte Entfernungen (mindestens durch die Sondenvorbeiflüge) lassen mich an der Berechtigung dieses Fragezeichens zweifeln. Sollte es aber doch berechtigt sein, vermisse ich dazu passende Zweifel an den Referenzwerten, die zur Entdeckung der Anomalie geführt haben. Das wäre doch eine der einfachsten Erklärungen, oder?

Herzliche Grüße

MAC

 

[Klaus]

Das Verhalten der Sonden passt aber nicht zu einer ringförmig verteilten ‚Masse’. Die Sonden hätten bei der Annäherung von innen an den ‚Ring’ zunächst von der Sonne weg beschleunigen und anschließend erst abbremsen müssen.
MAC

Die Beschleunigung in Richtung des Ringes läßt beim Überfliegen des Ringes allmählich nach. Ich würde davon ausgehen, daß bereits das Nachlassen der Beschleunigungskraft als zusätzliche wirkende Kraft in Richtung Sonne interpretiert wurde.

Eine solche Masse zusätzlich am Ort der Sonne würde z.B. Uranus Umlaufgeschwindigkeit um 0,2 m/s erhöhen. Das würde dazu führen, dass er rund 0,5 Bogensekunden pro Jahr weiter kommt, als erwartet. Wenn man danach sucht, eigentlich unübersehbar?
MAC

Nicht ganz. Uranus befindet sich mit seinen 19 AE Bahnradius weit innerhalb des Kuipergürtels und wird durch selbigen geringfügig langsamer in seinem Umlauf. Neptun dürfte durch die Anziehungskraft des Kuipergürtels sogar noch stärker verlangsamt werden.

 

[mac]

Hallo Klaus,

Die Beschleunigung in Richtung des Ringes läßt beim Überfliegen des Ringes allmählich nach. Ich würde davon ausgehen, daß bereits das Nachlassen der Beschleunigungskraft als zusätzliche wirkende Kraft in Richtung Sonne interpretiert wurde.

Hm. Erscheint zwar naheliegend, aber gerade deshalb glaube ich nicht, daß man darauf 'hereinfällt'?

Nicht ganz. Uranus befindet sich mit seinen 19 AE Bahnradius weit innerhalb des Kuipergürtels und wird durch selbigen geringfügig langsamer in seinem Umlauf. Neptun dürfte durch die Anziehungskraft des Kuipergürtels sogar noch stärker verlangsamt werden.

Das ist zwar richtig, aber bei der angenommenen Gesamtmasse des Kuipergürtels (1/10 bis 10 Erdmassen habe ich als Schätzungen gefunden) ein eher marginaler Effekt.

Den Kuipergürtel als Ursache der Pioneer-Anomalie habe ich auch gar nicht genannt. Da die Anomalie bereits bei ca. 20 AE Abstand zur Sonne auftrat, kommt der Kuipergürtel aus meiner Sicht gar nicht in Frage, denn er hätte genau das Gegenteil bewirken müssen, wenn er überhaupt zu 'irgendwas' in der Lage wäre.

Meine Aussage war: Wenn irgend etwas innerhalb der 20AE existiert, daß eine solche 'Beschleunigung' (auf die Sonne hin) bei den Pioneer Sonden verursacht, und das irgendetwas mit Gravitation zu tun hat, dann muß es auch auf die Planeten wirken. Tut es das nicht, dann kann es keine Gravitation im Sinne Newtons sein.

Ob Orbits Fragezeichen zu meiner Auffassung bei den Auswirkungen auf die Planeten berechtigt ist, bezweifle ich zwar, hab' aber selbst keine Daten, mit denen ich Orbit unmittelbar widerlegen kann, nur Analogieschlüsse zu anderen mir bekannten Beobachtungen, die meine Auffassung dazu, mir plausibel erscheinen lassen.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Klaus]

Das ist zwar richtig, aber bei der angenommenen Gesamtmasse des Kuipergürtels (1/10 bis 10 Erdmassen habe ich als Schätzungen gefunden) ein eher marginaler Effekt.
MAC

Die Frage ist natürlich, wie gut eben diese Schätzung ist, zudem gerade die Vielzahl kleiner Objekte nur schwer erfaßbar ist.

Meine Aussage war: Wenn irgend etwas innerhalb der 20AE existiert, daß eine solche 'Beschleunigung' (auf die Sonne hin) bei den Pioneer Sonden verursacht, und das irgendetwas mit Gravitation zu tun hat, dann muß es auch auf die Planeten wirken.
MAC

Stimmt zwar, nur stellt sich die Frage, ob wir in der Lage wären, selbiges sicher zu erkennen. Der publizierte Kraftverlauf würde ja für einen Materiering sprechen, der sich in etwa 15 AE Entfernung befindet und mit weiterer Entfernung zunehmend ausdünnt. Mal abwarten, ob man da künftig noch irgendwas bislang unbekanntes findet ...

 

[Orbit]

Guten Tag

Zitat von mac

Meine Aussage war: Wenn irgend etwas innerhalb der 20AE existiert, daß eine solche 'Beschleunigung' (auf die Sonne hin) bei den Pioneer Sonden verursacht, und das irgendetwas mit Gravitation zu tun hat, dann muß es auch auf die Planeten wirken.
MAC

Zitat von Klaus

Stimmt zwar, nur stellt sich die Frage, ob wir in der Lage wären, selbiges sicher zu erkennen. Der publizierte Kraftverlauf würde ja für einen Materiering sprechen, der sich in etwa 15 AE Entfernung befindet und mit weiterer Entfernung zunehmend ausdünnt. Mal abwarten, ob man da künftig noch irgendwas bislang unbekanntes findet ...

Eben. Das 'bisher Unbekannte' könnte DM sein. Diese Idee ist für mich nicht vom Tisch, obwohl ich sie ursprünglich mit einer falschen Formel für Gravitation im Innern eines gravitierenden Clusters in Verbindung gebracht habe. Die zum Zentrum gerichtete Gravitationsbeschleunigung nimmt gegen den Rand des Clusters zu nicht ab. Bei einem homogenen Cluster proportional zu dessen Radius. Ist der Radius gross, steigt die Kurve langsam an. Nimmt die Dichte der DM, wie das mac weiter vorne vorgebracht hat, nach aussen expionetiell ab, wird die Kurve noch flacher, je grösser der Exponent, desto flacher. Rechnet man anstatt mit der lokalen mit der durchschnittlichen Dichte an jedem Punkt, verflacht die Kurve weiter.
Ich habe das näherungsweise gerechnet. Eine Variante:
Mit einer Ausgangsdichte von 1,74E-11 kg/m^3 bei 1 AU und dem Exponenten 3, bewegt sich ai ab 2 AU innerhalb der Messungenauigkeit, erreicht bei 20 AU annähernd den momentan offiziellen Wert von 8,74E-10 m/s^2, der bei 3000 AU erst auf 8,746E-10 m/s^2 ansteigt. Die lokale Dichte wäre dort 6,5E-22 kg/m^3.
Auch mit Exponent 2 ergeben sich Werte, die auf der ganzen Messstrecke innerhalb der Toleranz als Konstante interpretiert werden könnten.
Die Gravitationsbeschleunigung aa ist auch hier bei 1 AU über 8 Millionen mal grösser als ai, bei 20 AU aber nur noch rund 17'000 mal. An der Begründung, warum der Wert erst ab einer gewissen Entfernung evident wird, ändert sich also nichts.
Gruss Orbit

 

[Orbit]

Hallo mac
Ihr habt doch schon mal in einem etwas andern Zusammenhang über die von mir angeschnittene Frage diskutiert:

http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=1004

Uma:

In den 70er Jahren wurden dann bei anderen Galaxien die Rotationskurven (mittels Dopplereffekt) bestimmt und sie zeigen auch in großen Abständen zum Kern einen flachen Verlauf ohne den erwarteten Keplerabfall. Und das obwohl die Helligkeit schon viel weiter innen stark abfällt und in den Außenbereichen praktisch Null ist. Merkwürdig.

Bynyus:

Es ist ja nicht gesagt, dass die Dichte aussen grösser ist. Die Dichte der DM kann ruhig geringer sein als jene der hellen Materie weiter Innen. Sie verteilt sich ja über ein wesentlich grösseres Volumen. Insofern sehe ich kein Problem. Ich würde im Gegenteil genau wie du vermuten, dass die Materiedichte (leuchtend und / oder DM) von innen nach aussen abnimmt.

Schlüssig seid Ihr nicht geworden. Es erstaunt mich deshalb, dass bisher niemand auf meinen letzten Beitrag eingegangen ist. Es wäre doch ein Ansatz. Oder sehe ich das ganz falsch?

Herzliche Grüsse
Orbit

 

[Bynaus]

Uranus befindet sich mit seinen 19 AE Bahnradius weit innerhalb des Kuipergürtels und wird durch selbigen geringfügig langsamer in seinem Umlauf.

Der Kuipergürtel beginnt erst jenseits der Neptunbahn. Ihn wegen der paar Centauren nach "Innen" zu verlegen ist etwa so, wie wenn man den Asteroidengürtel wegen der erdnahen Asteroiden bis zur Merkurbahn hinunter verbreitert...

Deine Rechnung im letzten Beitrag (mal angenommen, du hast keine Fehler gemacht) scheint mir plausibel zu sein. Die Frage ist halt, wie sich eine solche Materiedichte auf die Planeten auswirken würde, und warum diese DM nicht schon lange durch gravitative Interaktion mit den Planeten des Sonnensystems aufgesaugt oder weggeschleudert wurde.

 

[Klaus]

Deine Rechnung im letzten Beitrag (mal angenommen, du hast keine Fehler gemacht) scheint mir plausibel zu sein.

Sorry, das war nicht gerechnet, sondern eine reine Interpretation des publizierten Kraftverlaufs.

Die Frage ist halt, wie sich eine solche Materiedichte auf die Planeten auswirken würde, und warum diese DM nicht schon lange durch gravitative Interaktion mit den Planeten des Sonnensystems aufgesaugt oder weggeschleudert wurde.

Selbst Jupiter hat es trotz größerer Masse bislang nicht geschafft, den vielfach näheren Asteroidengürtel einfach wegzuschleudern oder aufzusaugen. Der Einfluß auf die Planeten würde sich auf eine leichte Änderung der Bahngeschwindigkeit beschränken. Die Kraft auf die Planeten sollte dabei der Beschleunigung der Sonden im Bereich von deren Umlaufbahn entsprechen.

 

[mac]

Hallo Klaus,

Der Einfluß auf die Planeten würde sich auf eine leichte Änderung der Bahngeschwindigkeit beschränken. Die Kraft auf die Planeten sollte dabei der Beschleunigung der Sonden im Bereich von deren Umlaufbahn entsprechen.

ja und die wäre inzwischen unübersehbar.

Aber was ist stattdessen: Keine Bahnstörung von Uranus oder Neptun siehe auch: http://www.astronews.com/forum/showpost.php?p=23160&postcount=29
und
http://www.astronews.com/forum/showpost.php?p=22681&postcount=43
obwohl man danach sucht. Würde man sie finden, wäre doch alles in Butter, ein weiterer 'Beweis' für DM, noch dazu in einer Gegend, die so unangenehm frei von DM ist.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Klaus]

Hallo Mac,

ich würde Dir ja Recht geben, wenn die Angabe zu den Bahndaten die man findet nicht so stark schwanken würden. Bist Du Dir wirklich sicher, daß man eine Abweichung in der Bahngeschwindigkeit von nicht mal 3 Millionstel (!) bereits erkannt hätte?

Klaus

 

[mac]

Hallo Klaus,

Bist Du Dir wirklich sicher, daß man eine Abweichung in der Bahngeschwindigkeit von nicht mal 3 Millionstel (!) bereits erkannt hätte?

ziemlich.

Es wären aber nicht 3/1000000 sondern 1+0,2/6810 Geschwindigkeitsunterschied oder 5 Bogensekunden pro Jahrzehnt, oder nach 30 Jahren fast 8 Stunden eher an der Position an der er eigentlich sein müßte. Bei einer Auflösungsgrenze im Bereich von Mikrobogensekunden. Und man sucht danach.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Orbit]

Schüchterne Zischenbemerkung: Ich fühle mich in dieser Diskussion übergangen.
Gruss Orbit

 

[Klaus]

Es wären aber nicht 3/1000000 sondern 1+0,2/6810

Uups, stimmt - ich hatte mich um eine Stelle vertan.
Trotzdem, um die Abweichung zu erkennen, müssen zunächst die Bahnparameter hinreichend bekannt sein. Doch die Angaben zu diesen, wie z.B. die Länge der großen Halbachse oder die Bahnexzentrizität, schwanken noch reichlich - vielleicht weil da etwas ist, was bei der Berechnung der Bahnparameter nicht mit berücksichtigt wurde und dadurch alle paar Jahre zu neuen Werten führt.

Anderenfalls hieße es natürlich, daß auf die Sonden eine Kraft wirkt, welche bei den Planeten nicht ins Gewicht fällt, wie z.B. der Fahrtwind ab 3. kosmischer Geschwindigkeit...

 

[Klaus]

Schüchterne Zischenbemerkung: Ich fühle mich in dieser Diskussion übergangen.
Gruss Orbit

Sorry - wir waren etwas jenseits des Orbits.
Was Deine Idee mit der dunklen Materie betrifft, es fehlt dabei die Erklärung, warum sich die Kraft erst jenseits von 10 AU bemerkbar macht. Außerdem gilt natürlich, daß exotische Deutungen viel schneller als reguläre Erklärungen Ockhams Rasiermesser zum Opfer fallen. Sie werden drum erst dann in Erwägung gezogen, wenn man mit reguläre Erklärungen definitiv nicht weiterkommt.

 

[mac]

Hallo Orbit,

Schüchterne Zischenbemerkung: Ich fühle mich in dieser Diskussion übergangen.

tut mir leid, war nicht über den Gedanken hinaus gekommen, daß bei Deiner Erklärung die gleichen Veränderungen bei Uranus und Neptun sichtbar sein müßten wie bei Klaus' Erklärung (Gravitation, nicht Staub).

Und wir landen mit Deiner Erklärung auch wieder bei Klaus' Frage: Ob wir diese Abweichung bei den Planetenbahnen überhaupt sehen könnten.

Hm. Bis zum Vorbeiflug der Sonden an den Planeten hätte ich da auch sehr gezweifelt, denn wenn Uranus nur 170000 km näher an der Sonne wäre, hätten wir den gleichen Effekt. Aber so? Mit dem genauen Ort, der genauen Geschwindigkeit und der genauen Masse der äußeren Planeten, bleibt nicht mehr viel Platz für falsche Bahndaten. Was läge denn näher, als diesen Effekt auch bei den äußeren Planeten zu suchen, und ihn auf DM (egal welcher Art) zu schieben? Fast Alle wären glücklich.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Orbit]

Hallo Klaus, mac und Bynaus
Der flache Abfall der galaktischen Rotationsgeschwindigkeit, von dem Bynaus spricht, ist zwar seit 1938 bekannt, seitem der Schweizer Astronom Zwicky darauf hingewiesen hat. Von DM spricht man aber erst seit Ende der 90er-Jahre. Die Überlegungen, die wir hier anstellen, sind also erst seit relativ kurzer Zeit möglich.
Mein hypothetisches Modell liefert eine Erklärung für diesen flachen Abfall, wobei meine überschlagsmässigen Rechnungen nur Näherungslösungen liefern.
Ohne jetzt nochmals die ganze Herleitung zu wiederholen, seien hier die wichtigsten Resultate meiner Simulation zusammengetragen:
Im Abstand von 1 AU ist aa rund 8 Millionen mal grösser als ai. Dieses Verhältnis ändert aber rasch.
Bemerkbar macht sich die DM also immer, Klaus

Was Deine Idee mit der dunklen Materie betrifft, es fehlt dabei die Erklärung, warum sich die Kraft erst jenseits von 10 AU bemerkbar macht.

nur fiel sie wohl erst ab einer gewissen Entfernung auf. Die folgende kleine Tabelle gibt den Quotienten aa/ai an:
.....1 AU 8'178'000
...20 AU 17'025
...40 AU 4'353
...80 AU 1012
1000 AU 6,8
2608 AU 1
Ab 2609 AU also ab 3,9E14 m oder 1/79stel Parsec überwiegt also die durch den Cluster bewirkte Gravitationsbeschleunigung. Diese ist aber bereits ab einer Distanz von rund 600 AU bis zur 4.Stelle nach dem Komma konstant.

Mac, Dein Plädoyer für undiskutable Faktoren zur Berechnung der Gravitationswirkung ist m.E. nicht stichhaltig; denn die Masse der Planeten ist eine Funktion von Umlaufzeit und Radius. Objekjtiv kann man sie nicht wissen.
Sollte das Standardmodell modifiziert werden mussen, müsste man lediglich die Massen der Planeten leicht anpassen.

Gruss Orbit