Ursachen der Pioneer-Anomalie

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Orbit

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[Dies ist die Gegen den Mainstream-Version eines Threads, der im Bereich "Astronomie allgemein" begonnen wurde, siehe http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=1412. Er wurde auf Wunsch des Users, der diesen Thread eröffnet hat, in diesen Bereich kopiert.]

In letzter Zeit fiel hier öfters das Stichwort 'Pioneer-Anomalie': im Rahmen zweier alternativer Hypothesen oder als Randthema in andern Threads. Ich möchte das Thema hier neu lancieren. Es soll nur um die PA selbst gehen. Im einzigen bisherigen Thread, bei dem 'Pioneer' auch im Titel vorkam, gibt es zwar ab Seite 3 (Beitrag 24) eine interessante Diskussion zwischen Ralf, mac und Klaus um die Bedeutung des Kuipergürtels im Zusammenhang mit der PA;

http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=471&page=3&highlight=Pioneer

aber ich möchte das Thema nochmals von Grund auf angehen.

Als Einstieg nochmals der Link, den galileo an anderer Stelle bereits einmal angegeben hat:

http://www.mpe.mpg.de/~amueller/lexdt_p05.html

und zur Vertiefung:

http://www.planetary.org/programs/projects/pioneer_anomaly/update_20070328.html

Diesen zweiten Link finde ich hochinteressant. Er zeigt wie da akribisch Spurensicherung von verstreuten Pioneer-Daten geleistet wird und wie diese Daten erst restauriert und kompatibel gemacht werden mussten.
Dass vom 18. bis 22. Februar 2007 ein wichtiges Seminar zum Thema ganz in meiner Nähe stattgefunden hat, weiss ich auch erst seit heute. Das Programm dieses Seminars zeigt denn auch, dass Slava G. Turishev, der Autor des letzten Links, eine Kapazität auf diesem Gebiet sein muss.

Herzliche Grüsse
Orbit
 
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galileo2609

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Hallo Orbit,

ich bin in dieser Sache wirklich eher konservativ gestimmt. Warten wir doch einfach mal ab, was die 'Pioneer Explorer Collaboration' bis Juni an Analysen erarbeitet und ob die 'Anomalie' sich dann nicht einfach aufgelöst haben wird.

Die ganze Geschichte erinnert mich einfach zu sehr an den Popanz, der um die Existenz des 'Planet X' gemacht wurde. Die Störungen der Uranus-Ephemeriden lösten sich 1993 in Luft auf, nachdem Myles Standish die durch den Voyager-Fly-by präzise ermittelte Neptun-Masse in die Gleichungen einsetzte.

Auch für die Pioneer-Anomalie bin ich immer noch von einer 'immanenten' Lösung überzeugt.

Grüsse galileo2609
 

SirToby

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Neue Sonden zappeln zuviel 'rum

Hallo Orbit, hallo galileo2609,

also ich glaube eher an eine neue Physik. Aber Glauben heißt Nichtwissen, zumindest in diesem Zusammenhang. Wir müssen abwarten.

Eines verstehe ich aber nicht: Es heißt in den Kommentaren immer, dass neuere Sonden sich für die Feinausmessung der Bremswirkung nicht eignen, weil sie zu sehr herumzappeln. Ständig wäre es nötig ihre Lage neu auszurichten usw. Werden denn für diese Manöver jedesmal Steuerdüsen mit Rückstoßwirkung bemüht? Kann man sich das überhaupt leisten angesichts des begrenzten Treibstoffvorrates?

Sollte es sich jedoch um kreiselgestützte Manöver handeln, dann kann es doch eigentlich nicht zu geschwindigkeitsverändernden Effekten kommen. Und selbst wenn zeitweise die Dopplermessungen nicht mehr hinhauen, hat man doch immer noch präzise Zeit-Entfernungs-Informationen über die Signallaufzeit mit deren Hilfe man die Bremswirkung doch immer noch fein genug ausmessen kann.

Weiß hier einer genaueres?

Gruß SirToby
 

Orbit

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Hallo
galileo2609
Warten wir doch einfach mal ab, was die 'Pioneer Explorer Collaboration' bis Juni an Analysen erarbeitet und ob die 'Anomalie' sich dann nicht einfach aufgelöst haben wird.
SirToby
also ich glaube eher an eine neue Physik. Aber Glauben heißt Nichtwissen, zumindest in diesem Zusammenhang. Wir müssen abwarten.
Beide plädiert Ihr für etwas Geduld. Auch ich denke, das ist sinnvoll, obwohl auch ich eine Erklärung favorisiere:

WDR Fernsehen 6.12.05
http://www.quarks.de/dyn/26230.phtml
Es gibt sogar Physiker, die diese Abbremsung durch die so genannte "Dunkle Materie" erklären wollen.

stern.de 20.4.07
http://stern.de/wissenschaft/kosmos/:Pioneer-Anomalie-R%E4tselhafte-Kraft-All/559811.html
"Eine Goldgräberzeit für neue Theorien ist angebrochen"
"Nachdem alle herkömmlichen Erklärungsversuche nicht gegriffen haben, ist nun eine Goldgräberzeit für neue Theorien angebrochen", sagt Claus Lämmerzahl. Zwei davon liefern sich momentan ein Kopf-an-Kopf-Rennen in der Gunst der Physiker. Da ist zum einen die "dunkle Materie", die viele Forscher im Weltall vermuten. Denn nur mit ihr könnten sie die Geschwindigkeit der Sterne in den Galaxien und die Verteilung der Galaxien im Weltall erklären. Sie hätte mit der uns bisher vertrauten Materie und auch mit schwarzen Löchern und ähnlichem nichts zu tun. "Wenn dunkle Materie die Sonde anziehen würde, wäre natürlich die Frage, warum die Planeten davon nichts mitbekommen", meint Lämmerzahl. Denn deren Bahnen sind unverändert stabil.
Die zweite Favortitin
Die andere Theorie macht sich die Tatsache zu nutze, dass es sehr schwierig ist, das Newtonsche Gravitationsgesetz bei sehr kleinen Massen (zum Beispiel zwei Bleikugeln) zu überprüfen. Trotz der großen Planetenmassen wirken auch auf die 250 Kilogramm leichte Pioneer 10 in den Weiten des Alls nur sehr geringe Kräfte. Muss man das Gravitationsgesetz also vielleicht mit einem Zusatz für kleine Kräfte versehen, der nur in diesen Fällen zum Tragen kommt und so die Anomalie erklären könnte? Richtig schön findet Eugen Willerding diese Lösung auch nicht: "Ein tieferer physikalischer Grund, warum man das Gravitationsgesetz erweitern sollte, fehlt bisher."
finde ich auch hässlich.
Nebst diesen wird auch die RT genannt:

Raumfahrt24.de 16.9.04
http://www.raumfahrt24.de/Artikel/200409160024.html
Es gibt eine Reihe von theoretischen Ansätzen, einer davon ist die so genannte Dunkle Materie, die erklären soll warum Galaxien eine größere Anziehung haben als es die sichtbare Materie vermuten lässt.
Auch Einsteins Relativitätstheorie ist im Gespräch, dessen Theorie bis heute nicht mit der Quantenmechanik kombinierbar ist. Beide Theorien funktionieren auf praktischer Ebene nebeneinander, aber die Verbindung fehlt eben noch.
Aber eben, vielleicht hat galileo2609 mit seinen 'immanenten' Lösungen Recht:
Aber auch ein bislang nicht entdeckter mechanischer Fehler der Pioneer Sonden kann nicht ausgeschlossen werden, und nüchtern betrachtet ist das die wahrscheinlichste Erklärung.
Eines ist sicher:
Aber wie das Ergebnis am Ende auch ausfällt, es ist eine lohnende Frage da sich durch die Lösung entweder das Design von Raumfahrzeugen verbessern oder die Physik verändern wird.
Und sicher ist auch, dass ich Erklärungen mit Hilfe einer inkonstanten FSK ...

spiegel.de 26.9.06 (siehe Beitrag 1)
http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,437267-2,00.html
Wissenschaftler von der Universität von Portsmouth in England vermuten, dass das Pioneer-Rätsel etwas mit der Feinstrukturkonstante des Weltalls, kurz Alpha, zu tun haben könnte. Von nur wenigen Zahlen hängt das Schicksal des gesamten Universums stärker ab als von dieser. Wäre ihr Wert nur ein wenig anders, dann gäbe es keine Atome und somit kein Leben im Universum.
...nicht mag. Weil ich Nicht-Physiker bin, darf ich in solchen Angelegenheiten auch Emotionen zeigen. Emotional reagiere ich denn auch auf diese Vermutung:
Interessant ist, dass der Wert der Anomalie in etwa dem Produkt aus der Hubble-Konstanten und der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Damit stellt sich die Frage, ob sie in irgendeiner Weise mit der kosmischen Expansion zusammenhängt.
Das finde ich reine Numerologie, obwohl hier die Dimension stimmt - im Gegensatz zur Theorie von H.K. ;) Die Abweichung wäre übrigens 10'000 mal zu klein und nicht 'in etwa gleich'. Auch in diesem Link wird zum Schluss mein Favorit erwähnt:
Oder kann man sie in Verbindung mit den Überlegungen der letzten Jahre bringen, die eine Ergänzung des Newtonschen Gravitationspotenzials durch einen weiteren Anteil vorschlagen?
Gruss Orbit
 

ispom

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schönes thema, Orbit.

ich bin für die dunkle Materie als Ursache,
aber diese Meinung kann ich nicht weiter begründen -
außer mit der Hoffnung, daß wir dann endlich mit diesem dunklen Stoff mal weiterkommen :)

dunkle Vermutungen äußernde Grüße von Ispom
 

Orbit

Registriertes Mitglied
Seit kurzem weiss man, dass dunkle Materie offenbar Cluster bildet. So kann man sich vorstellen, dass beispielsweise die Pioneer 10 sich einerseits von der Sonne entfernt und dabei dem r^2-Gesetz Newtons gehorcht, andererseits sich aber in einem DM-Cluster dem Clusterrand nähert und dabei dem Gravitationsgesetz folgt, das im Innern von gravitierenden Körpern gilt. Dabei kommen zwei verschiedene Gesetze für Gravitationsbeschleunigung zur Anwendung. Man unterscheidet ga und gi, äussere und innere Gravitationsbeschleunigung:
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

Es ist natürlich klar, dass M und R nicht bekannt sind und damit eine Berechnung von gi nicht möglich ist. Aber die beiden Formeln verraten immerhin, dass gi viel langsamer und stetiger abfallen muss.
Auch wenn gi im Nahbereich des Beobachters nur einen winzigen Bruchteil von ga ausmacht, wird es, weil die ga-Kurve exponentiiell abfällt, die gi-Kurve aber viel langsamer, recht bald ein messbarer Anteil.

Ich könnte mir nun vorstellen, dass man diesen Anteil bei der Pioneer-Anomalie gemessen hat. Dass man dabei von einem konstanten Wert spricht, könnte eben damit zusammenhängen, dass die gi-Kurve bei sehr grossem R sehr langsam abfällt.
Gruss Orbit
 

ispom

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das hast Du gut begründet, Orbit.
Wenn es Deine Idee ist, solltest Du sie ganz schnell veröffentlichen!

ermunternde Grüße von Ispom
 

Bynaus

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Die Frage ist dann einfach, warum äussert sich diese Differentialbeschleunigung als eine Kraft zur Sonne hin? Bei zufällig verteilten DM-Ansammlungen würde man vermuten, dass die Kraft, die auf die beiden Pioneers wirkt, nicht heliozentrisch ist (es sei denn, es tritt der Spezialfall ein, dass die DM kugelsymetrisch um unser System verteilt ist...).

Der Umstand, dass sowohl bei den Pioneers als auch bei der Galaxis eine zusätzliche Kraft aufs Gravitationszentrum zu existiert (resultiert dann in höhere Umlaufgeschwindigkeiten entfernter Körper), deutet für mich schon auf eine "physikalische" Lösung hin. Aber ich glaube auch, dass eine "immanente" wie sie galileo2609 genannt hat, möglich ist - etwa für den Fall, dass die Beschleunigung in Richtung Erde zeigen sollte...
 

Orbit

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Hallo ispom und Bynaus!
Danke für das feedback.
ispom, veröffentlicht hätte ich die Idee nun. :)
Als Laie bleibt mir nur dieser Weg.
Bynaus, Dein Einwand
Die Frage ist dann einfach, warum äussert sich diese Differentialbeschleunigung als eine Kraft zur Sonne hin? Bei zufällig verteilten DM-Ansammlungen würde man vermuten, dass die Kraft, die auf die beiden Pioneers wirkt, nicht heliozentrisch ist (es sei denn, es tritt der Spezialfall ein, dass die DM kugelsymetrisch um unser System verteilt ist...).
ist natürlich berechtigt. Und ich bin da auch schon am Ende meines Lateins; denn mit Vektorrechnungen kenn ich mich zu wenig aus.
Sollte es sich aber um ein sehr grosses R handeln, könnte unser Sonnensystem dann näherungsweise nicht im Zentrum einer riesigen Kugel aus DM gesehen werden?
Gruss Orbit
 

Orbit

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Hallo ispom,
danke für den Link. Mal schauen, was dort rauskommen wird.
Bis jetzt seid Ihr dort nicht weiter als wir hier.
Ist 'gordienknot' ein Profi?
Gruss Orbit
 

Orbit

Registriertes Mitglied
Zu der englischen im ersten Beitrag verlinkten Information noch das Wesentlichste in Deutsch:

http://www.abendblatt.de/daten/2006/05/23/565787.html?s=1

Auch Turyshev scheint sich, während dem seine Spurensicherung läuft, schon seine Gedanken zu machen, was denn die Ursache der Pioneer-Anomalie sein könnte:

http://www.heute-online.ch/wissen/kosmos/artikel58077

Dass er da einen Fehler in der ART vermute - sofern das richtig wiedergegeben wurde -, erstaunt mich allerdings, denn da steht viel auf dem Spiel:
Wenn Albert wirklich falsch gerechnet hat, war die Arbeit von Tausenden Wissenschaftlern in den letzten Jahren umsonst.
Warten wir mal ab.

@ispom: Wenn Du Neues erfährst, z.B. aus Deinem andern Forum, dann meldest Du es, oder?
Besten Dank!

Gruss Orbit
 

Orbit

Registriertes Mitglied
Hallo ispom
Führst Du nebst Deiner hauptamtlichen Tätigkeit als Forum-writer wirklich noch eine Firma für Landschaftsgestaltung?:D
Und wann erholst Du Dich von den Jetlags, wenn Du am 2.5.07 virtuell in Australien warst und anschliessend hier - am 1.5.07 postest? :)
Gruss Orbit
 

ispom

Registriertes Mitglied
die Kunst der Organisation resultiert in dem Effekt, daß man die anderen für sich arbeiten läßt ;)

heute ist zwar "Tag der Arbeit",
aber heute arbeitet leider niemand,
da muß ich nicht mal organisieren

organisationsfreudige grüße von Ispom
 

jonas

Registriertes Mitglied
Das Bildchen in dem Aussi Forum, mit den Kurzhosenträger am Grill & Flasch Bier, bist das etwa Du, Ispom? :)
 

Orbit

Registriertes Mitglied
Hier noch eine Seite, die sich ausschliesslich mit der Pioneer-Anomalie befasst:

http://www.safog.com/home/pioneer_anomalie.html#Z_13

Auch hier werden u.a. zwei Erklärungsvorschläge erwähnt, die in den meisten Auflistungen auftauchen:

1. Ein Zusammenhang mit der Hubble-Konstanten und der Lichtgeschwindigkeit:
Berechnet man die Hubble-Konstante, die normalerweise pro Mpc angegeben wird, pro Meter (=2,314E-18 pro Sekunde) und multipliziert diesen Wert mit c, erhält man eine Beschleunigung von rund 7E-10 m/s^2. Dieser Wert beträgt 80% der gemessenen Anomalie.
Hier werde ich allerdings trotz des überraschenden Näherungswertes den Eindruck nicht los, dass es sich um eine Art Zahlenalchemie handle.

2. Die DE als Ursache der Anomalie:
Hier frage ich mich, wie denn die DE, die man sich homogen im Raum verteilt denkt, eine Differenz von Gravitationspotentialen bilden soll; ohne die es aber keine Gravitationsbeschleunigung geben kann.

Gruss Orbit
 

Bynaus

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Sollte es sich aber um ein sehr grosses R handeln, könnte unser Sonnensystem dann näherungsweise nicht im Zentrum einer riesigen Kugel aus DM gesehen werden?

Im Gegenteil, je grösser die Kugel ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass sich die Sonne näherungsweise im Zentrum befindet. Zudem zeigen ja beide Beschleunigungsvektoren der Pioneers zur Sonne hin, und beide Pioneers fliegen ja in fast entgegengesetzte Richtungen. Daher würde man schon vermuten, dass die Sonne im Zentrum dieser DM-Kugel sitzen müsste...

Warum aber auch nicht? DM interagiert mit der restlichen Materie per Gravitation: ich denke, so über den Daumen gepeilt, es kann gut sein, dass ein bisschen diffus verteilte DM im Sonnensystem zu finden ist.

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. Ich schätze, die Chance für einen physikalischen Effekt ist klein, aber nicht Null.
 

Orbit

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Hallo Bynaus
"...je grösser die Kugel ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass sich die Sonne näherungsweise im Zentrum befindet."
Was ich eigentlich meine: Die Anomalie würde weder auf die Erde noch auf die Sonne weisen, sondern auf das Zentrum der Galaxis. Wenn man sich diese in einem Cluster aus DM vorstellt, dann wird doch der Winkel zwischen unserem Sonnensystem und diesem Zentrum mit zunehmendem Cluster-Radius kleiner.

Aber Du hast schon Recht:
"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."
Oder eben auf das Zentrum des Clusters, repektive der Galaxis.:)

Gruss Orbit
P.S. Das Quote-Symbol funktioniert bei mir seit der Umstellung auf das neue Design nicht mehr. Deshalb muss ich Zitate in Anführungszeichen setzen.
 
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