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En sus últimas llamadas al hogar, la Pioneer 10 (en 2003) y la Pioneer 11 (en 1995) nos informaron que estaban perdiendo velocidad. ¿Podría ser la causa algo oscuro (materia o energía), o un momento cuatripolar del Sol, o quizás una “brana” n-dimensional?

En ecología, un pionero es una “especie que se establece en un ambiente previamente desierto”. Entre los seres humanos, los pioneros “colonizan un territorio desconocido o no reclamado”. Entre los aficionados a la astronomía, el proyecto Pioneer (Pionero, en inglés), fue nuestro primer esfuerzo para sondear el sistema solar.

Pero ahora parece que las esforzadas gemelas de la NASA han logrado un progreso menor al esperado en su viaje hacia las estrellas. La pregunta, por supuesto, es: ¿por qué?.

Concepción artística de Pioneer en el espacio.Crédito: NASA

Cuando la NASA diseña una misión, se hacen presunciones sobre el medio en que operará la nave. Inicialmente, la agencia tenía algunas serias dudas sobre el envío de las dos sondas Pioneer a través del cinturón de asteroides..., después de todo, era posible que todos esos grandotes estuvieran acompañados por un montón de pequeñines.

También se debe planear una ruta de vuelo para que la nave llegue donde se quiere ir. Basado en la ruta, en la carga de la misión, y otros requerimientos, se debe proporcionar el empuje suficiente como para cumplir la misión. El mayor factor que afecta al impulso es la gravedad: cuanta más haya, más empuje se necesitará.

Uno de los aspectos ingeniosos sobre las Pioneer 10 y 11 fue la elección de la NASA de equipar a las gemelas con comunicaciones de dos vías sensibles a los desplazamientos Doppler. Basada en los desplazamientos de frecuencia, la NASA podría determinar la velocidad de las naves en relación con las estaciones receptoras en la Tierra.

Utilizando estos datos, la agencia podría ajustar los impulsores para afinar las trayectorias de las sondas hacia sus objetivos (ambas naves sobrevolaron Júpiter, y la Pioneer 11 realizó un pasaje cerca de Saturno).

Mientras las sondas tuviesen combustible, los controladores de la misión podrían ajustar velocidades y trayectorias, pero una vez que las gemelas lo agotaran, solamente seguirían avanzando apoyadas en la inercia y en el momento ganado por el tirón gravitatorio proporcionado por un gigante gaseoso.

Fue durante el vuelo inercial que se comenzaron a notar anomalías en el movimiento de las dos naves. Los desplazamientos Doppler mostraban una desaceleración inesperada justo más allá de la órbita de Urano.

A unas 20 UA de distancia (UA = unidad astronómica = distancia media Tierra-Sol = 150 millones de kilómetros), la NASA comenzó a notar un “corrimiento al azul” en las trasmisiones de las sondas. El par continuó mostrando estas características mientras sobrepasaban la órbita de Neptuno, a unas 10 UA más lejos. Hoy en día, las sondas han quedado más cortas de lo que esperaba en sus caminos recorridos por una distancia mayor que la que separa a la Tierra de la Luna.

Las especulaciones sobre la causa de este corrimiento al azul son numerosas.

Hace ya tiempo que se descartó a las propias naves como las culpables. El pensamiento general se dirige a un inesperado incremento en el tirón gravitatorio hacia el Sol. Cuando las señales trasmitidas viajan hacia la Tierra, los haces electromagnéticos de las naves “caen” más hacia el pozo gravitatorio del sistema solar, y ese pozo es de alguna manera “mas empinado” que lo que se pensaba. Hoy en día, el par no está tan lejos en su viaje como se había anticipado.

La cuestión es: ¿cuál es la causa de este incremento inesperado en la gravedad que está afectando a las sondas?.

Una de las respuestas radica en la “materia oscura”. Extrañamente, otra se refiere a la “energía oscura”, la fuerza opuesta a la gravedad en el universo. Una tercera se encuentra en el dominio de la “teoría de las cuerdas”, dos “branas” locales (el equivalente a “placas tectónicas” n-dimensionales locales) podrían intersectar justo en nuestro sistema. Otra teoría se relaciona con el “tirón contra-gravitatorio” (del lado opuesto del sistema solar con relación a cada sonda). También existe la posibilidad de que las gemelas estén siendo afectadas por “momentos cuatripolares solares”, o que estén siendo frenadas por un material no esperado del Cinturón de Kuiper más allá de Urano.

Modelo “clásico” del Cinturón de Kuiper: Órbitas en rojo = Plutinos (objetos parecidos a Plutón); Órbitas azules = Objetos clàsicos del Cinturón de Kuiper (KBOs); Órbitas negras = KBOs dispersos (SKBOs). En verde, las órbitas de Júpiter (J) y de Neptuno (N). Las coordenadas están expresadas en Unidades Astronómicas. Crédito: Kuiper Belt Page

Pero cuando llega el momento de definir a los perpetradores, comúnmente podemos seguir el consejo del Inspector Louie en la película Casablanca: “detenga a los sospechosos de siempre”.

Las dos naves se encuentran ahora a más de 70 UA del Sol, pero todavía bien adentro del Cinturón de Kuiper. El patrón de desaceleración sugiere que la anomalía es extensa y constante. En un artículo del 15 de marzo de 2005 titulado “Anomalía Pioneer: tirón gravitatorio provocado por el Cinturón de Kuiper”, José A. Diego y otros investigadores del Instituto de Astronomía de la Universidad Autónoma de México escriben: “... no hay necesidad de invocar desde el principio a todas las fuerzas oscuras del universo, primero intentemos explicar este fenómeno con la física cotidiana y local, y si luego ésto no resulta suficiente, utilicemos entonces la artillería pesada”.

¿Y qué hay con la física cotidiana?. ¡Pues el Cinturón de Kuiper, por supuesto!. Pero no exactamente el mismo viejo Cinturón de Kuiper. Para José y sus compañeros, el cinturón comienza ahora unas 10 UA más cerca del Sol (justo más allá de la órbita de Urano), y tiene un grosor de 1 UA.

Placa colocada en la Pioneer 10.Crédito: NASA

El Cinturón de Kuiper del equipo ha ganado una masa de casi el doble de la de la Tierra, algo menos de diez veces más que la propuesta originalmente. Además, esa masa tendría una tendencia hacia la órbita de Urano. El incremento de masa surge del hecho de que las estimaciones originales sobre la masa total del cinturón se basaba en tamaños pequeños de las partículas. Pero si se incluye a trozos de hielo de un tamaño mayor, junto con los gases que los componen, entonces el equipo cree que se podría considerar una masa suficiente como para explicar la desaceleración de las sondas y el corrimiento de las señales portadoras.

El equipo continúa diciendo: “... es importante hacer notar que el cinturón podría también afectar la órbita de Neptuno...”. Efectivamente, cualquier incremento en la masa del Cinturón de Kuiper haría que Neptuno cayera ligeramente en espiral hacia el Sol. El equipo estima que el centro de masa del planeta podría desplazarse 1,62 km con cada revolución de 164,8 años terrestres.

“La distribución de densidad radial de la masa necesaria para explicar la aceleración constante hacia el Sol medida por las naves Pioneer puede ser explicado por modelos de la formación del sistema solar”, escribe el equipo. Para explicar la mayor concentración alrededor de la órbita de Urano ellos continúan con la descripción de un “transporte hacia adentro de material” a lo largo del tiempo, en dirección a la órbita de Urano.

Otra fuente potencial del inesperado frenaje es el efecto arrastre sobre las naves causado por una corriente continua de partículas dentro del cinturón. En este escenario, el Cinturón de Kuiper debería también tener más masa de lo que se pensaba originalmente, pero el material estaría distribuido uniformemente (para poder explicar la pérdida constante observada en el momento de cada sonda).

Cualquiera que sea la causa definitiva de la desaceleración de las sondas, no hay ningún temor (como sus tres predecesoras más antiguas) de que el par revierta su curso y se incinere en alguna atmósfera cercana a nosotros. Estas dos Pioneer están todavía destinadas a “afincarse en territorio desconocido o no reclamado”, como las primeras emisarias de la humanidad hacia las estrellas.

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Web Site: Universe Today
Artículo: “Is the Kuiper Belt Slowing the Pioneer Spacecraft?”
Autor: Jeff Barbour
Fecha: Marzo 30, 2005
Enlace con el artículo original en inglés

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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