La anomalía del sobrevuelo es una discrepancia entre los modelos científicos actuales y el aumento real de la velocidad (es decir, el aumento de la energía cinética ) observado durante un sobrevuelo planetario (normalmente de la Tierra) por una nave espacial. En múltiples casos, se ha observado que las naves espaciales ganan mayor velocidad de lo que los científicos habían predicho, pero hasta ahora no se ha encontrado una explicación convincente. Esta anomalía se ha observado como cambios en el Doppler de banda S y banda X y en la telemetría de alcance . La mayor discrepancia observada durante un sobrevuelo ha sido de 13,46 mm/s. [1]
Observaciones
Las asistencias gravitacionales son técnicas valiosas para la exploración del Sistema Solar . Dado que el éxito de tales maniobras de sobrevuelo depende de la geometría exacta de la trayectoria , la posición y la velocidad de una nave espacial durante su encuentro con un planeta son seguidas continuamente con gran precisión por telemetría terrestre, por ejemplo a través de la Red del Espacio Profundo (DSN).
Residuos de alcance durante el sobrevuelo de NEAR a la TierraDurante su sobrevuelo, MESSENGER no observó ninguna anomalía.
La anomalía del sobrevuelo se notó por primera vez durante una inspección cuidadosa de los datos Doppler DSN poco después del sobrevuelo de la nave espacial Galileo a la Tierra el 8 de diciembre de 1990. Si bien se esperaba que los residuos Doppler (observados menos los datos calculados) permanecieran planos, el análisis reveló un inesperado 66 Desplazamiento de mHz , que corresponde a un aumento de velocidad de 3,92 mm/s en el perigeo . Las investigaciones de este efecto en el Jet Propulsion Laboratory (JPL), el Goddard Space Flight Center (GSFC) y la Universidad de Texas no han dado una explicación satisfactoria.
No se detectó tal anomalía después del segundo sobrevuelo de Galileo a la Tierra en diciembre de 1992, donde la disminución de velocidad medida coincidió con la esperada por la resistencia atmosférica a la altitud más baja de 303 km. Sin embargo, las estimaciones de resistencia tenían grandes barras de error, por lo que no se podía descartar una aceleración anómala. [2]
El 23 de enero de 1998, la nave espacial Near Earth Asteroid Rendezvous ( NEAR ) experimentó un aumento anómalo de velocidad de 13,46 mm/s después de su encuentro con la Tierra. Cassini-Huygens ganó alrededor de 0,11 mm/s en agosto de 1999, y Rosetta ganó 1,82 mm/s después de su sobrevuelo a la Tierra en marzo de 2005.
Un análisis de la nave espacial MESSENGER (que estudia Mercurio ) no reveló ningún aumento inesperado significativo de velocidad. Esto puede deberse a que MESSENGER se acercó y salió de la Tierra simétricamente con respecto al ecuador (consulte los datos y la ecuación propuesta a continuación). Esto sugiere que la anomalía puede estar relacionada con la rotación de la Tierra.
En noviembre de 2009, la nave espacial Rosetta de la ESA fue seguida de cerca durante su sobrevuelo para medir con precisión su velocidad, en un esfuerzo por recopilar más datos sobre la anomalía, pero no se encontró ninguna anomalía significativa. [3] [4]
El sobrevuelo de Juno en 2013 en su camino a Júpiter no produjo ninguna aceleración anómala. [5]
En 2018, un análisis cuidadoso de la trayectoria del presunto asteroide interestelar 'Oumuamua reveló un pequeño exceso de velocidad a medida que se alejaba del Sol. Las especulaciones iniciales sugirieron que la anomalía se debía a la desgasificación, aunque no se había detectado ninguna. [6]
En la siguiente tabla se proporciona un resumen de algunas naves espaciales que sobrevuelan la Tierra. [3] [7]
La relación empírica de Anderson
En 2008 , JD Anderson et al. propusieron una ecuación empírica para el cambio anómalo de velocidad de sobrevuelo: [12]
donde ω E es la frecuencia angular de la Tierra, R E es el radio de la Tierra y φ i y φ o son los ángulos ecuatoriales de entrada y salida de la nave espacial. Esta fórmula fue derivada más tarde por Jean Paul Mbelek a partir de la relatividad especial, lo que condujo a una de las posibles explicaciones del efecto. [13] Sin embargo, esto no tiene en cuenta los residuos del SSN ; véase "Posibles explicaciones" más adelante.
Posibles explicaciones
Ha habido varias explicaciones propuestas para la anomalía del sobrevuelo, que incluyen:
Consecuencia postulada del supuesto de que la velocidad de la luz es isotrópica en todos los fotogramas, e invariante en el método utilizado para medir la velocidad de las sondas espaciales mediante el efecto Doppler. [14] Los valores anómalos inconsistentes medidos: positivos, nulos o negativos se explican simplemente relajando este supuesto. Durante las maniobras de sobrevuelo, las componentes de velocidad de la sonda en la dirección del observador V o se derivan del desplazamiento relativo d f de la radiofrecuencia f transmitida por la sonda, multiplicado por la velocidad local de la luz c ′ por el efecto Doppler: V o = (d f / f ) c ′ . Según la hipótesis de Céspedes-Curé, [15] el movimiento a través de campos de densidad de energía gravitacional variables produce ligeras variaciones del índice de refracción n ′ del espacio y por tanto de la velocidad de la luz c ′ lo que conduce a correcciones no contabilizadas de los datos Doppler que son basado en una invariante c . Esto conduce a estimaciones incorrectas de la velocidad o del cambio de energía en la maniobra de sobrevuelo en el marco de referencia de la Tierra.
Efecto Doppler transversal no contabilizado , es decir, el corrimiento al rojo de una fuente de luz con velocidad radial cero y velocidad tangencial distinta de cero. [13] Sin embargo, esto no puede explicar la anomalía similar en los datos de alcance.
La explicación clásica de la gravedad retardada en el tiempo propuesta por Joseph C. Hafele . [18]Residuales de alcance SSN para el sobrevuelo NEAR con alcance, retraso
Retraso excesivo proporcional al alcance de la señal de telemetría revelado por los datos de alcance de la Red de Vigilancia Espacial de los Estados Unidos en el sobrevuelo NEAR. [19] Este retraso, que explica la anomalía tanto en los datos Doppler como en los de alcance, así como las oscilaciones Doppler finales, dentro del 10-20%, apunta a modos de chirrido en la recepción debido a la frecuencia Doppler, prediciendo solo una anomalía positiva. cuando el seguimiento por DSN se interrumpe alrededor del perigeo, y anomalía nula o negativa si el seguimiento es continuo. No debería producirse ninguna anomalía en el Doppler rastreado por estaciones que no son DSN. [20]
La acción de una corriente de torsión topológica que predice anomalías de sobrevuelo en dirección retrógrada, pero efecto nulo cuando las naves espaciales se acercan al planeta en dirección prograda con respecto al sentido de rotación planetario. [21]
El análisis del sobrevuelo de Juno examinó errores de análisis que potencialmente podrían imitar la anomalía del sobrevuelo. Descubrieron que se necesitaba un campo gravitatorio de alta precisión de al menos 50 × 50 coeficientes para realizar predicciones precisas de sobrevuelos. El uso de un campo gravitatorio de menor precisión (como un modelo con coeficientes de 10 × 10, suficiente para el análisis del lanzamiento) produciría un error de velocidad de 4,5 mm/s. [5]
Investigación relacionada
Algunas misiones diseñadas para estudiar la gravedad, como MICROSCOPE y STEP , están diseñadas para realizar mediciones de la gravedad extremadamente precisas y pueden arrojar algo de luz sobre la anomalía. [22] Sin embargo, MICROSCOPE ha completado su misión y no ha encontrado nada anómalo, [23] y STEP aún no ha despegado.
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enlaces externos
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