شذوذ التحليق
تُعرف ظاهرة التحليق الشاذ بأنها تباين بين النماذج العلمية الحالية والزيادة الفعلية في السرعة (أي الزيادة في الطاقة الحركية ) التي تُلاحظ أثناء تحليق مركبة فضائية بالقرب من كوكب (عادةً الأرض). في حالات عديدة، لوحظ أن المركبات الفضائية تكتسب سرعة أكبر مما توقعه العلماء، ولكن لم يُعثر حتى الآن على تفسير مقنع. وقد رُصدت هذه الظاهرة الشاذة على شكل تغيرات في بيانات قياس المسافة والقياس عن بُعد في نطاقي S و X. أكبر تباين مُلاحظ أثناء التحليق ضئيل للغاية: 13.46 ملم/ثانية. [ 1 ]
ملاحظات
تُعدّ المناورات المساعدة بالجاذبية تقنيات قيّمة لاستكشاف النظام الشمسي . ولأن نجاح هذه المناورات يعتمد على الهندسة الدقيقة للمسار ، يتم تتبع موقع وسرعة المركبة الفضائية أثناء اقترابها من كوكب ما باستمرار وبدقة عالية عن طريق القياس عن بُعد من الأرض، على سبيل المثال عبر شبكة الفضاء العميق (DSN).

لوحظت هذه الظاهرة الشاذة لأول مرة خلال فحص دقيق لبيانات دوبلر من شبكة الفضاء العميقة (DSN) بعد وقت قصير من مرور مركبة غاليليو الفضائية بالقرب من الأرض في 8 ديسمبر 1990. وبينما كان من المتوقع أن تبقى قيم دوبلر المتبقية (البيانات المرصودة مطروحًا منها البيانات المحسوبة) ثابتة، كشف التحليل عن انزياح غير متوقع قدره 66 ملي هرتز ، وهو ما يعادل زيادة في السرعة قدرها 3.92 مليمتر/ثانية عند نقطة الحضيض . ولم تسفر التحقيقات التي أجريت حول هذه الظاهرة في مختبر الدفع النفاث (JPL) ومركز غودارد لرحلات الفضاء (GSFC) وجامعة تكساس عن تفسير مُرضٍ.
لم يُرصد أي شذوذ من هذا القبيل بعد التحليق الثاني لمركبة غاليليو بالقرب من الأرض في ديسمبر 1992، حيث تطابق انخفاض السرعة المقاس مع ما هو متوقع من مقاومة الغلاف الجوي عند الارتفاع المنخفض البالغ 303 كيلومترات. ومع ذلك، فقد احتوت تقديرات مقاومة الغلاف الجوي على هوامش خطأ كبيرة، ولذلك لم يكن من الممكن استبعاد حدوث تسارع غير طبيعي. [ 2 ]
في 23 يناير 1998، شهدت المركبة الفضائية "نير" ( NEAR ) زيادة غير طبيعية في سرعتها بلغت 13.46 ملم/ثانية بعد اقترابها من الأرض. واكتسبت المركبة "كاسيني-هويجنز" حوالي 0.11 ملم/ثانية في أغسطس 1999، بينما اكتسبت المركبة "روزيتا" 1.82 ملم/ثانية بعد تحليقها بالقرب من الأرض في مارس 2005.
لم يكشف تحليل مركبة الفضاء "ميسنجر" (التي تدرس عطارد ) عن أي زيادة ملحوظة غير متوقعة في السرعة. قد يعود ذلك إلى أن "ميسنجر" اقتربت من الأرض وابتعدت عنها بشكل متناظر حول خط الاستواء (انظر البيانات والمعادلة المقترحة أدناه). يشير هذا إلى أن الشذوذ قد يكون مرتبطًا بدوران الأرض .
في نوفمبر 2009، خضعت مركبة روزيتا الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية للمراقبة الدقيقة أثناء تحليقها بالقرب من الأرض بهدف قياس سرعتها بدقة، وذلك في محاولة لجمع المزيد من البيانات حول الظاهرة الشاذة، ولكن لم يتم العثور على أي خلل ذي دلالة. [ 3 ] [ 4 ]
لم تسفر عملية التحليق القريبة لمركبة جونو في عام 2013 في طريقها إلى كوكب المشتري عن أي تسارع غير طبيعي. [ 5 ]
في عام 2018، كشف تحليل دقيق لمسار الكويكب المفترض بين النجوم ʻOumuamua عن زيادة طفيفة في سرعته أثناء ابتعاده عن الشمس. أشارت التكهنات الأولية إلى أن هذا الشذوذ ناتج عن انبعاث غازات، على الرغم من عدم رصد أي انبعاث. [ 6 ]
يُقدّم الجدول أدناه ملخصًا لبعض المركبات الفضائية التي تحلق بالقرب من الأرض. [ 3 ] [ 7 ]
حرفة بيانات | غاليليو الأول | جاليليو الثاني | قريب | كاسيني | روزيتا -1 | رسول | روزيتا -2 | روزيتا -3 | جونو | هايابوسا 2 | أوزيريس-ريكس [ 8 ] | بيبي كولومبو [ 9 ] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| تاريخ | 1990-12-08 | 1992-12-08 | 23 يناير 1998 | 18-08-1999 | 2005-03-04 | 2005-08-02 | 13-11-2007 | 13-11-2009 | 2013-10-09 | 2015-12-03 | 2017-09-22 | 2020-04-10 |
| السرعة عند اللانهاية، كم/ث | 8.949 | 8.877 | 6.851 | 16.01 | 3.863 | 4.056 | 4.7 | |||||
| السرعة عند نقطة الحضيض ، كم/ث | 13.738 | 14.077 | 12.739 | 19.03 | 10.517 | 10.389 | 12.49 | 13.34 | 14.93 | 10.3 | 8.5 | |
| معامل التأثير ، كم | 11261 | 12850 | 8973 | 22680.49 | 22319 | 19064 | ||||||
| الحد الأدنى للارتفاع ، كم | 956 | 303 | 532 | 1172 | 1954 | 2336 | 5322 | 2483 | 561 [ 10 ] | 3090 [ 11 ] | 17237 | 12677 |
| كتلة المركبة الفضائية ، كجم | 2497.1 | 2223.0 | 730.40 | 4612.1 | 2895.2 | 1085.6 | 2895 | 2895 | حوالي 2720 | 590 | 4000 | |
| ميل المسار بالنسبة لخط الاستواء ، بالدرجات | 142.9 | 138.9 | 108.0 | 25.4 | 144.9 | 133.1 | ||||||
| زاوية الانحراف، بالدرجات | 47.46 | 51.1 | 66.92 | 19.66 | 99.396 | 94.7 | 80 | |||||
| زيادة السرعة عند اللانهاية، مم/ث | 3.92 ± 0.08 | -4.60 ± 1.00 | 13.46 ± 0.13 | -2 ± 1 | 1.82 ± 0.05 | 0.02 ± 0.01 | ~0 | ~0 | 0 ± 0.8 [ 5 ] | ؟ | ؟ | ؟ |
| زيادة السرعة عند نقطة الحضيض ، مم/ث | 2.560 ± 0.050 | -9.200 ± 0.600 | 7.210 ± 0.0700 | −1.700 ± 0.9000 | 0.670 ± 0.0200 | 0.008 ± 0.004 | ~0.000 ± 0.000 | -0.004 ± 0.044 | ؟ | ؟ | ؟ | |
| الطاقة المكتسبة، جول/كجم | 35.1 ± 0.7 | 92.2 ± 0.9 | 7.03 ± 0.19 | ؟ | ؟ | ؟ |
علاقة أندرسون التجريبية
تم اقتراح معادلة تجريبية لتغير سرعة التحليق الشاذ في عام 2008 بواسطة JD Anderson et al.: [ 12 ]
حيث ωE هي التردد الزاوي للأرض، و RE هو نصف قطر الأرض ، و φi و φo هما زاويتا دخول وخروج المركبة الفضائية من خط الاستواء. وقد اشتق جان بول مبليك هذه الصيغة لاحقًا من النسبية الخاصة، مما أدى إلى أحد التفسيرات المحتملة لهذه الظاهرة. [ 13 ] مع ذلك، لا يأخذ هذا التفسير في الاعتبار بقايا رقم تسلسل الشمس (SSN) - انظر "التفسيرات المحتملة" أدناه.
التفسيرات المحتملة
وقد تم اقتراح عدد من التفسيرات لظاهرة التحليق الشاذة، بما في ذلك:
- نتيجة مفترضة لافتراض أن سرعة الضوء متساوية الخواص في جميع الأطر المرجعية، وثابتة في طريقة قياس سرعة المجسات الفضائية باستخدام تأثير دوبلر. [ 14 ] تُفسَّر القيم الشاذة غير المتسقة المقاسة - موجبة أو معدومة أو سالبة - ببساطة بتخفيف هذا الافتراض. أثناء مناورات التحليق، تُستنتج مركبات سرعة المجس في اتجاه الراصد Vo من الإزاحة النسبية df للتردد الراديوي f المُرسَل من المجس، مضروبة في السرعة المحلية للضوء c ′، وذلك بتأثير دوبلر: Vo = (df / f ) c ′ . وفقًا لفرضية سيسبيس-كوري، [ 15 ] تُنتج الحركة عبر حقول كثافة طاقة الجاذبية المتغيرة اختلافات طفيفة في معامل انكسار الفضاء n ′ ، وبالتالي في سرعة الضوء c ′ ، مما يؤدي إلى تصحيحات غير محسوبة لبيانات دوبلر التي تستند إلى قيمة ثابتة لـ c . يؤدي هذا إلى تقديرات غير صحيحة لسرعة أو تغير الطاقة في مناورة التحليق على إطار مرجعي للأرض.
- تأثير دوبلر المستعرض غير المحسوب ، أي الانزياح الأحمر لمصدر الضوء ذي السرعة الشعاعية الصفرية والسرعة المماسية غير الصفرية. [ 13 ] ومع ذلك، لا يمكن لهذا أن يفسر الشذوذ المماثل في بيانات تحديد المدى.
- هالة من المادة المظلمة تحيط بالأرض. [ 16 ]
- تم أيضًا دراسة تأثير النسبية العامة ، في شكلها الخطي والمجال الضعيف الذي ينتج عنه ظواهر الجاذبية المغناطيسية مثل سحب الإطار المرجعي : [ 17 ] اتضح أنها غير قادرة على تفسير شذوذ التحليق.
- كشف تحليل بيانات المدى لشبكة مراقبة الفضاء الأمريكية ( USS) خلال تحليق NEAR عن تأخير زائد يتناسب مع المدى في إشارة القياس عن بُعد . [ 18 ] يُفسر هذا التأخير، الذي يُراعي الشذوذ في كلٍ من بيانات دوبلر والمدى، بالإضافة إلى تذبذبات دوبلر اللاحقة، بنسبة تتراوح بين 10 و20%، أنماط التردد المتغير في الاستقبال نتيجةً لمعدل دوبلر، مما يُنبئ بشذوذ موجب فقط عند انقطاع التتبع بواسطة شبكة مراقبة الفضاء الأمريكية (DSN) حول نقطة الحضيض، وشذوذ صفري أو سالب في حالة التتبع المستمر. لا يُتوقع حدوث أي شذوذ في بيانات دوبلر التي تتتبعها محطات غير تابعة لشبكة مراقبة الفضاء الأمريكية (DSN). [ 19 ]
- يتنبأ تأثير تيار الالتواء الطوبولوجي بحدوث شذوذات أثناء التحليق في الاتجاه الرجعي، ولكنه لا يُحدث أي تأثير عندما تقترب المركبة الفضائية من الكوكب في الاتجاه الأمامي بالنسبة لاتجاه دوران الكوكب. [ 20 ]
- ركز تحليل تحليق مركبة جونو على أخطاء التحليل التي قد تحاكي شذوذ التحليق. ووجد الباحثون أن مجال جاذبية عالي الدقة ، لا يقل عن 50×50 معاملًا، ضروري للتنبؤات الدقيقة بالتحليق. أما استخدام مجال جاذبية أقل دقة (مثل نموذج بمعاملات 10×10، وهو كافٍ لتحليل الإطلاق)، فسيؤدي إلى خطأ في السرعة مقداره 4.5 مم/ث. [ 5 ]
القياس المقترح
من حيث المبدأ، يمكن لمهام الأقمار الصناعية التي تستخدم نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية لتحديد المواقع بدقة عالية جدًا أن تُسهم في فهم هذا الشذوذ. إحدى المهام المقترحة، وهي مهمة STE-QUEST (مستكشف الزمكان واختبار مبدأ التكافؤ الكمي في الفضاء)، ستستخدم مدارًا بيضاويًا عاليًا، ما يُفترض أن يُمكّنها من التمييز بين شذوذ التحليق وأخطاء قياس مسار الرحلة الإحصائية. [ 21 ] مع ذلك، لم يتم اختيار هذه المهمة للإطلاق في عام 2014. [ 22 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "مركبة روزيتا الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية قد تساعد في كشف لغز كوني" . وكالة الفضاء الأوروبية. ١٢ نوفمبر ٢٠٠٩. تاريخ الاطلاع: ١١ أغسطس ٢٠٢٤ .
- ↑ إدواردز، سي.؛ أندرسون، ج.؛ باير، ب.؛ بهاسكاران، س.؛ بوردرز، ج.؛ ديناردو، س.؛ فولكنر، و.؛ هاو، ر.؛ ناندي، س.؛ نيكلسون، ف.؛ أوتينوف، سي.؛ ستيفنز، س. (16 أغسطس 1993). تتبع غاليليو عند نقطة الحضيض الأرضي للأرض-2 باستخدام نظام تتبع الأقمار الصناعية ونقل البيانات (PDF) (تقرير). CiteSeerX 10.1.1.38.4256 . hdl : 2014/34792 . مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 18 أبريل 2022. أعطت طريقتان القياس نتائج متقاربة مع البيانات. ضمن هامش خطأ يبلغ 8%، أظهرت كلتا الطريقتين انخفاضًا في السرعة على طول المسار بمقدار −5.9±0.2 مم/ث. وكانت التوقعات المسبقة لتغير السرعة الناتج عن السحب، استنادًا إلى نموذج جاكيا-روبرتس، −6.2±4.0 مم/ث [5]، وهو ما يتوافق بوضوح مع تغير السرعة المرصود. في المقابل، أشارت بيانات شبكة الفضاء العميق (DSN) من تحليق المركبة بالقرب من الأرض في ديسمبر 1990، على ارتفاع 956 كم، إلى زيادة غير مفسرة في السرعة على طول المسار بمقدار 4 مم/ث، بعد الأخذ في الاعتبار تأثيرات السحب الأقل بكثير. نظرًا لعدم اليقين في نماذج السحب، لا يمكننا استبعاد احتمال حدوث زيادة مماثلة على الأرض 2 بشكل قاطع. على سبيل المثال، ستكون زيادة غير مُنمذجة بمقدار 4 مم/ث وانخفاض في السحب بمقدار −10 مم/ث متوافقة مع نتائجنا ونموذجنا الجوي المسبق. ومع ذلك، فإن الزيادات الشاذة الأكبر بكثير في السرعة تبدو غير متسقة مع نموذج السحب.
- 1 2 "يبقى اللغز قائماً: روزيتا تفشل في رصد الشذوذ في التحليق" . وكالة الفضاء الأوروبية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-12-2009.
- ↑ ج. بيلي (2012). "ملاحة المركبتين الفضائيتين روزيتا وفيلاي بين الكواكب وتحديد مجال جاذبية المذنبات والكويكبات - (مركز الفضاء الألماني) @ جامعة ميونخ التقنية، 2012" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 نوفمبر 2014 .
- 1 2 3 طومسون، بول ف. ماثيو أبراهامسون؛ شادان أردلان؛ جون بوردي (2014). إعادة بناء التحليق حول الأرض بواسطة المركبة الفضائية جونو . الاجتماع الرابع والعشرون لميكانيكا الطيران الفضائي AAS/AIAA. سانتا في، نيو مكسيكو: AAS. ص 14 – 435.
- ↑ هل الكويكب بين النجوم هو في الحقيقة مذنب؟
- ↑ أندرسون، جون د.؛ جيمس ك. كامبل؛ مايكل مارتن نيتو (يوليو 2007)، "عملية نقل الطاقة في التحليقات الكوكبية"، علم الفلك الجديد ، 12 (5): 383-397 ، arXiv : astro-ph/0608087 ، Bibcode : 2007NewA...12..383A ، doi : 10.1016/j.newast.2006.11.004 ، S2CID 15913052
- ↑ ستيفن كلارك (22 سبتمبر 2017). "مهمة أوزيريس-ريكس لاستكشاف الكويكبات تتلقى دفعة جاذبية من كوكب الأرض" . سبيس فلايت ناو.
- ↑ "التحليق فوق الأرض بواسطة بيبكولومبو" .
- ↑ مركبة جونو الفضائية التابعة لناسا تعود بأولى صورها للأرض أثناء تحليقها بالقرب من كوكب المشتري
- ↑ نتيجة تحليق هايابوسا 2 بالقرب من الأرض
- ↑ أندرسون وآخرون (7 مارس 2008). "تغيرات غير طبيعية في طاقة المدار لوحظت أثناء تحليق المركبات الفضائية بالقرب من الأرض" (ملف PDF) . مجلة Physical Review Letters . 100 (9) 091102. Bibcode : 2008PhRvL.100i1102A . doi : 10.1103/physrevlett.100.091102 . PMID 18352689. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) في 4 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه في 15 فبراير 2011 .
- 1 2 مبيلك، جيه بي (2009). "قد تفسر النسبية الخاصة شذوذ تحليق المركبات الفضائية". arXiv : 0809.1888 [ qr-qc ].
- ↑ غريفز، إدواردو د.؛ براشو، كارلوس؛ ميكوس، إيمري (2020). "حل لغز شذوذ التحليق". التقدم في الفيزياء . 16 (1): 49.
- ↑ سيسبيس-كيور، خورخي (2002). أينشتاين في المحاكمة أو المبادئ الميتافيزيقية للفلسفة الطبيعية ( الطبعة الأولى). فنزويلا: منظمة أخرى. ISBN 0-9713873-0-3.
- ↑ أدلر، إس إل (2009)، "هل يمكن عزو شذوذ التحليق القريب إلى المادة المظلمة المرتبطة بالأرض؟"، مجلة Physical Review D ، 79 (2) 023505، arXiv : 0805.2895 ، Bibcode : 2009PhRvD..79b3505A ، doi : 10.1103/PhysRevD.79.023505 ، S2CID 13152802
- ↑ إيوريو، ل. (2009). "تأثير النسبية العامة على المدارات الزائدية وتطبيقها على شذوذ التحليق" . تبادل البحوث العلمية . 2009 : 7695. arXiv : 0811.3924 . Bibcode : 2009ScReE2009.7695I . doi : 10.3814/2009/807695 .
- ↑ أنتريسيان، بيتر ج.؛ غوين، جوزيف ر. (10 أغسطس 1998). دراسات حول الزيادة غير المتوقعة في دلتا-في أثناء مساعدة جاذبية الأرض لمركبتي غاليليو ونير (ملف PDF) . مؤتمر ومعرض متخصصي ديناميكا الفضاء التابع للمعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية/الجمعية الفلكية الأمريكية. بوسطن، ماساتشوستس: المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. CiteSeerX 10.1.1.613.5871 . hdl : 2014/20322 . AIAA 98-4287. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 19 يناير 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مايو 2017 .
- ↑ جوروبراساد، ف. (2015). "أدلة رصدية على أنماط الموجات المتنقلة التي تحمل تحولات تتناسب مع المسافة". EPL . 110 (5) 54001. arXiv : 1507.08222 . Bibcode : 2015EL....11054001G . doi : 10.1209/0295-5075/110/54001 . S2CID 42285652 .
- ↑ بينهيرو، ماريو ج. (2016). "بعض تأثيرات تيارات الالتواء الطوبولوجية على ديناميكيات المركبات الفضائية وشذوذ التحليق" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 461 (4): 3948-3953 . arXiv : 1606.00691 . Bibcode : 2016MNRAS.461.3948P . doi : 10.1093/mnras / stw1581 .
- ↑ باراموس، خورخي؛ هيشنبلايكنر، ج. (2013). "استكشاف شذوذ التحليق القريب باستخدام مهمة STE-QUEST المستقبلية". علوم الكواكب والفضاء . 79-80 : 76-81 . arXiv : 1210.7333 . Bibcode : 2013P & SS...79...76P . doi : 10.1016/j.pss.2013.02.005 . ISSN 0032-0633 . S2CID 119287334 .
- ↑ "ملخص العلوم والتكنولوجيا لوكالة الفضاء الأوروبية" . sci.esa.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 سبتمبر 2025 .
الأدب
- جيه دي أندرسون؛ جيه جي ويليامز (2001)، "اختبارات بعيدة المدى لمبدأ التكافؤ"، الفيزياء الكمية الكلاسيكية ، 18 (13): 2447-2456 ، رمز Bibcode : 2001CQGra..18.2447A ، doi : 10.1088/0264-9381/18/13/307 ، S2CID 250861959 .
- سي. لاميرزال؛ أو. برويس؛ إتش. ديتوس (2006)، "هل الفيزياء داخل النظام الشمسي مفهومة حقًا؟"، وقائع ندوة WE-Heraeus رقم 359 حول "الليزر والساعات وانعدام السحب: تقنيات للاستكشاف المستقبلي في الفضاء واختبارات الجاذبية" ، arXiv : gr-qc/0604052 ، Bibcode : 2006gr.qc.....4052L.
- جيه دي أندرسون؛ جيه كيه كامبل؛ إم إم نيتو (2007)، "عملية نقل الطاقة في التحليقات الكوكبية"، علم الفلك الجديد ، 12 (5): 383-397 ، arXiv : astro-ph/0608087 ، Bibcode : 2007NewA...12..383A ، doi : 10.1016/j.newast.2006.11.004 ، S2CID 15913052 .
- وكالة ناسا في حيرة من أمرها بسبب قوة غير مفسرة تؤثر على المركبات الفضائية (2008)، على موقع Space.com .
- جيه دي أندرسون؛ جيه كيه كامبل؛ جيه إي إيكيلوند؛ جيه إليس؛ جيه إف جوردان (2008)، "تغيرات غير طبيعية في طاقة المدار لوحظت أثناء تحليق المركبات الفضائية بالقرب من الأرض" (ملف PDF) ، مجلة Physical Review Letters ، 100 (91102) 091102، رمز Bibcode : 2008PhRvL.100i1102A ، doi : 10.1103/PhysRevLett.100.091102 ، PMID 18352689 ، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 16 أكتوبر 2008 .
- مطلوب: آينشتاين الابن (2008)، على موقع Economist.com .
- ك. سفوزيل (2007). "النظائر الفيزيائية الدقيقة لشذوذات التحليق". علم الفلك الجديد . 12 (5): 383-397 . arXiv : 0804.2198 . Bibcode : 2007NewA...12..383A . doi : 10.1016/j.newast.2006.11.004 . S2CID 15913052 .
روابط خارجية
- لاميرزال، كلاوس (2008). "شذوذ بايونير أم هل نفهم حقًا فيزياء النظام الشمسي؟" (ملف PDF؛ 6.25 ميجابايت، عرض تقديمي/شرائح) . مركز تكنولوجيا الفضاء التطبيقية والجاذبية الصغرى . جامعة بريمن. ص 123.
- أستي، أندرياس (2008). "شذوذ المركبات الفضائية: تحديث" (ملف PDF) . قسم الفيزياء . جامعة بازل. ص 29. مؤرشف من الأصل (ملف PDF؛ 9.8 ميجابايت، talk/slides) بتاريخ 7 نوفمبر 2016. تاريخ الاطلاع: 1 أكتوبر 2009 .
- مشاكل لم تُحل في الفيزياء
- جاذبية
- ظواهر غير مفسرة
