Pioneer-Sonden auf Abwegen
Die Abweichung der Flugbahnen von Pioneer 10 und 11 lässt sich durch die thermische Abstrahlung der Sonden erklären.
Die Abweichung der Flugbahnen von Pioneer 10 und 11 lässt sich durch die thermische Abstrahlung der Sonden erklären.
Seit 1979 registriert die NASA eine winzige Abbremsung der Pioneer-Sonden, die im Laufe der Jahrzehnte zu einer Abweichung von der berechneten Flugbahn von mehr als 650.000 km führte. Das faszinierende Phänomen beschäftigte Forschungsgruppen aus aller Welt, deren Lösungsansätze z.B. die Anziehungskraft dunkler Materie oder eine Modifizierung des Gravitationsgesetzes einbezogen. Unter Einbeziehung der Temperaturdaten konnte die gemessene anomale Beschleunigung der komplette Mission vom Start bis heute erklärt werden. Mit dieser Erklärung ist es nun mit größter Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen, dass dieser anomale Effekt Ergebnis einer „neuen Physik“ ist.
Abb.: Errechnete Temperaturverteilung in Kelvin auf der Außenhaut und im Inneren der Sonde im Jahre 1990. (Bild: B. Rievers et al., Ann. Phys.)
Wissenschaftler vom Zentrum für angewandte Raunfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen wiesen nach, dass Wärmestrahlung für die Abbremsung der beiden Sonden verantwortlich ist. Dabei wurden sowohl die Auswirkungen der direkten Wärmeabstrahlung als auch deren Reflektion an verschiedenen Bauteilen der Sonde einbezogen. Eine wichtige Rolle in der Gesamtberechnung spielt dabei die Wärmeabgabe der Atombatterien und die Abwärme der elektrischen Verbraucher. Wenn diese Hitzeabstrahlung nicht absolut gleichmäßig in alle Richtungen erfolgt, führt dies bereits zu einem wahrnehmbaren Einfluss auf die Flugbahn.
Anhand eines mathematischen Modells des Satelliten in Kombination mit dem von der NASA bereitgestellten Datenmaterial berechnete Benny Rievers mit finiten Elementen die Oberflächentemperaturen zu jedem Zeitpunkt der Mission. Basierend auf den Temperaturdaten vom Satelliten unter Berücksichtigung der Reflektionseigenschaften des Oberflächenmaterials, ist ein speziell angepasster Raytracer in der Lage, die entstehenden Kräfte zu berechnen.
Dieses Verfahren ist auf jedes andere Raumfahrzeug übertragbar, auch auf die sogenannte Flyby-Anomalie der Rosetta-Sonde (ein unerklärtes Anwachsen der Geschwindigeit um 3,9 Millimeter pro Sekunde der Rosetta-Sonde beim Vorbeiflug an der Erde). Jedoch konnte nachgewiesen werden, dass diese Anomalie nicht auf die Auswirkungen von Thermalstrahlung zurückzuführen ist.
Uni Bremen / KK
