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探測器據木星頂層大氣4000公里時突然加速,科學家:無法解釋原因


- 2018年6月20日00時26分
- 科學文摘 / 川陀太空

川陀太空

川陀太空(Everett)二十世紀六十年代初,科學家發現了引力彈弓效應,太空飛行器經過某個天體從而獲得引力加速。許多著名的任務都利用了這種方法,包括先驅者,旅行者,伽利略,卡西尼和新視野任務。在這些太空飛行器飛越行星的過程中,科學家發現了一個異常現象,太空飛行器速度的增加與軌道模型不相符。這種現象被稱為「飛越異常」,儘管進行了數十年的研究,之前所有的研究嘗試都無法解釋這一異常現象。為了解決這個問題,瓦倫西亞大學多學科數學研究所的一個研究團隊根據朱諾號探測器的行為研發出一種新的軌道模型。

木星探測器朱諾號可能出現的飛越異常的論文引發了外界關注,天文學家利用朱諾號探測器的近木點軌道檢測了造成「飛越異常」的可能原因。

由於朱諾有多個極軌道,研究人員認為朱諾號不僅經歷了異常行為,而且能提供一個可能的解釋。為了解決這個問題,研究人員通過測量太空飛行器上無線電信號到深空網絡(DSN)天線的都卜勒頻移來確定太空飛行器的移動速度。20世紀70年代,先驅者10號和11號探測器發射升空時,在飛向太陽系邊緣前都造訪過木星和土星,並且在距離太陽20到70


AU(天文單位)時都經歷過一些奇怪的事。

基本上,這些探測器的位置都比現有模型預測的距離要遠386,000公里(240,000英里)。這一現象也被稱為「先驅者異常」,在空間物理學領域人盡皆知。先驅者異常問題被解決後,隨後的一系列任務也出現了多次同樣的異常現象。飛越異常問題是90年代初由John

Anderson領導的一個噴氣推進實驗室(JPL)研究團隊發現的。

圖註:兩艘旅行者探測器都通過木星引力進行加速,都發現了異常現象,1999年的卡西尼任務以及2005年的羅塞塔和信使號任務中多次出現。

1990 年12月8 日,當他們試圖在伽利略號太空飛行器接近地球時調整其軌道時,他們發現只有當進入和飛出軌道的速度為漸近速度(與理論預期速度相差3.92mm/s)時才可能實現。

這一問題同時出現在都卜勒數據和測距數據中,因此並不是測量技術造成的。隨後,又在1992年的伽利略任務,1998年的NEAR


<近地小行星交會任務>,1999年的卡西尼任務以及2005年的羅塞塔和信使號任務中多次出現。其中最大的一次差異出現在NEAR(約13

mm/s)中,其原因是太空飛行器位於近地點,距離地球表面僅532公里。另一個謎團是,某些情況下這種異常非常明顯,而另一些情況下,則在可檢測的閾值上或者根本檢測不到,就像2013年10月,朱諾號飛越地球時那樣。由於還沒有任何令人信服的解釋,導致出現了從暗物質影響、潮汐效應到廣義相對論延伸以及新物理學存在等一系列的解釋。

然而,這些都無法實質性的解釋飛越異常問題。為了解決這個問題,天體物理學家試圖建立一個新模型,是朱諾號在近木點(朱諾號在其軌道上距離木星中心的最近點)的最優模型。2016年7月4日,朱諾號到達木星後,我們產生了研發獨立自主的軌道模型,與NASA的


JPL團隊計算的軌道進行比較的想法。由於朱諾號到木星頂層大氣(約4000公里)的距離與木星半徑相比非常小,所以說朱諾號是近距離飛越木星的。因此,我們預測將會在這裡發現異常。這對於我們對飛越異常的理解將是一種有趣的補充,因為這將證明這種異常現象不僅是飛越地球才發生的特殊問題,而是普遍存在的。

這個引力模型考慮了太陽和木星的較大衛星——木衛一、木衛二、木衛三和木衛四的潮汐力,以及帶諧函數的影響。此外,他們還考慮了由木星扁圓形而產生的多極場,朱諾號到達近木點時,多極場的影響遠比潮汐力要大。

探測器據木星頂層大氣4000公里時突然加速,科學家:無法解釋原因圖片

圖註:木星龐大的衛星群可能是引力異常的一個原因,但也可能不是,或許木星周圍的時空真的有問題

最後得出的結論認為,朱諾號飛越木星時也將發生飛越異常。同時,天體物理學家還注意到異常現象中的一個重要的徑向分量,探測器距離木星中心越遠,這個分量越小,或許正是木星的龐大衛星群造成了引力異常現象,不過這樣的推測也需要理論和數據支持,川陀太空也會繼續關注這項研究的最新進展。<一點資訊獨家,出品:川陀太空>


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