La anomalía del Pioneer resuelta gracias a una técnica informática de los años 70

Un modelo de la forma en que el calor es emitido por diversas partes de la nave espacial Pioneer, y se refleja en otros, finalmente, resuelve uno de los mayores misterios de la astrofísica.

Durante la última década, la anomalía de la sonda Pioneer se ha convertido en uno de los grandes enigmas sin resolver de la astrofísica.

El problema es el siguiente:
Las naves Pioneer 10 y 11 se pusieron en marcha hacia Júpiter y Saturno a principios de los 70. Después de sus respectivos sobrevuelos, en trayectorias de escape fuera del Sistema Solar, ambas están decelerando bajo la fuerza de la gravedad del Sol. Pero cuidadosas medidas muestran que las naves están desacelerando más rápido de lo que deberían, como si fuesen arrastradas por una fuerza adicional no conocida hacia el sol.

Esta desaceleración es muy pequeña: tan solo (8.74 ± 1.33) × 10 ^ -10 ^ ms -2.
La gran pregunta es ¿de dónde viene?.

La primera idea de los ingenieros fue que el calor emitido por la nave espacial podría provocar exactamente este tipo de desaceleración. Pero cuando se examinó la manera de producir calor en la nave, por el generador de plutonio, y cómo esta debe haber sido emitida, no fueron capaces de hacer que los números se ajustaran a lo observado. En la mayoría de los casos, los efectos térmicos podrían ser responsables de sólo el 67 por ciento de la desaceleración.

Pioneer 10

Ahora, un equipo dirigido por Federico Francisco en el Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear en Lisboa,Portugal, han trabajado sobre los cálculos erróneos.
Ellos han hecho de nuevo los cálculos utilizando un modelo de computadora, no sólo de cómo el calor se emite, también en la forma en que se refleja en las diversas partes de la nave espacial. Las reflexiones resultaron ser cruciales.
Francisco y sus colaboradores han utilizado una técnica de modelado informático denominado “sombreado Phong” para saber exactamente cómo el calor emitido se refleja y en qué dirección se emite.

El “sombreado Phong” fue ideado en la década de 1970 y ahora es ampliamente utilizado en muchos paquetes de representación de modelos de reflexiones en tres dimensiones. Originalmente fue desarrollado para manejar las reflexiones de la luz visible de los objetos 3D, pero funciona igual de bien para la luz infrarroja.

En particular, el sombreado Phong ha permitido al equipo portugués incluir por primera vez el efecto del calor emitido por una parte de la nave espacial llamada “compartimiento del equipo principal”. Resulta que el calor de la pared posterior de este compartimiento se refleja en la parte posterior de la antena de la nave (ver diagrama anterior).

Desde los puntos de la antena hacia el Sol, hacia la Tierra, los reflejos de parte posterior tienden a desacelerar la nave espacial. "La radiación de esta pared, en una primera iteración, se reflejan en la antena y añade una contribución a la fuerza en la dirección del sol", dice Francisco.

He aquí que este componente adicional de la fuerza marca la diferencia. Como Francisco dice: " Con los resultados que aquí se presentan es cada vez más evidente que, a menos de que se presenten nuevos datos, el enigma de la aceleración anómala de las sondas Pioneer finalmente puede descansar"
En otras palabras, la anomalía desaparece.

Por supuesto, otros grupos desean confirmar estos resultados y un equipo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, que ha reunido los datos de las sondas, está estudiando su modelo de computadora de los presupuestos térmicos.

Ref: arxiv.org/abs/1103.5222: Modelling The Reflective Thermal Contribution To The Acceleration Of The Pioneer Spacecraft