Ho letto in una delle vostre risposte di un’anomala accelerazione delle sonde Pioneer verso il sole e ne sono rimasto incuriosito. Potrei saperne di più?

La scoperta è stata fatta da un gruppo di ricerca del JPL e pubblicata sul Physical Review Letters 81, 2858. Il grafico seguente mostra l’anomalia riscontrata: dopo aver rimosso tutte le influenze note (perturbazioni planetarie, pressione di radiazione, attrito del mezzo interplanetario, relatività generale, ecc.), dallo studio dei segnali delle sonde Pioneer 10 e 11, si evidenzia una sistematica tendenza dell’effetto doppler (la variazione di frequenza delle onde ricevute – normalmente interpretato come indicatore di velocità) che comporterebbe una accelerazione anomala costante di 8,5±0,15·10^-8 cm/s^2 diretta verso il Sole.

Anche la sonda Ulysses ha mostrato un comportamento simile, mostrando una accelerazione anomala di 12±3·10^-8 cm/s^2. A complicare ulteriormente il quadro, l’analisi dei dati dalle sonde Viking invece non ha mostrato alcuna accelerazione, e dunque se davvero esistesse una forza anomala, questa non sarebbe universale. Quanto detto è una grave violazione del principio di equivalenza, e questa sola osservazione basterebbe a ridimensionare il presunto fenomeno.

Prima di pensare a strane teorie, è bene sforzarsi di ricercare all’interno del quadro teorico accettato, ad esempio cercando errori nella determinazione dell’orbita, variazioni dei tempi segnati dagli orologi atomici, difetti nell’hardware delle stazioni di ricezione a terra. Ad esempio non è esclusa una qualche forma di accelerazione del tempo marcato dagli orologi atomici.

Gran parte degli sforzi per cercare una spiegazione convenzionale all’anomalia vertono sull’irraggiamento dei generatori a radioisotopi a bordo delle Pioneer, si vedano ad esempio i seguenti articoli:

  • Prosaic Explanation for the Anomalous Accelerations Seen in Distant Spacecraft
    Edward M. Murphy
    Phys. Rev. Lett. 83, 1890 (1999).
  • Comment on “Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration”
    J. I. Katz
    Phys. Rev. Lett. 83, 1892 (1999).
  • Anderson et al. Reply
    John D. Anderson et al.
    Phys. Rev. Lett. 83, 1893 (1999).

Infatti l’irraggiamento termico, essendo composto da fotoni, comporta una variazione della quantità di moto del veicolo spaziale e dunque una accelerazione.
Dato che l’orientazione della sonda è grosso modo fissa (infatti punta verso la Terra che, vista da laggiù, si trova sempre a 25° dal Sole) e dato che i generatori a radioisotopi si trovano dal lato opposto, è naturale pensare che il flusso dei fotoni emessi verso lo spazio, per la conservazione della quantità di moto, comporti una analoga accelerazione della sonda nella direzione opposta.
A quanto pare, tuttavia, nessuno dei tentativi di spiegazione rende conto in toto dell’entità dell’accelerazione.

Né la cosiddetta materia oscura né una fisica alternativa potrebbero risolvere la situazione senza creare molti più problemi in altri ambiti. La scienza progredisce cercando spiegazioni più economiche vale a dire teorie anche complesse ma che spieghino una vasta classe di fenomeni, piuttosto che una congerie di teorie localmente ottime.

Si noti che le sonde Voyager non sono state considerate nella investigazione del fenomeno, perché a causa delle continue manovre di stabilizzazione, le misure di accelerazione non sono sufficientemente attendibili. Le Pioneer invece sono ottimamente stabilizzate e consentono misure di accelerazione fino a 10^-10 cm/s^2.

Restiamo in attesa di verifiche future, ad esempio per mezzo della sonda Pluto Express, che si recherà ai confini del sistema solare e potrà così costituire una verifica indipendente dei dati ottenuti.