Anomalía de las Pioneer resuelta mediante una técnica de gráficos por ordenador de los 70

Artículo original publicado el 31 de marzo de 2011 en The Physics ArXiv Blog.

Un nuevo modelo por ordenador de la forma en que se emite el calor desde distintas partes de la nave Pioneer, y es reflejado desde otras, resuelve finalmente uno de los mayores misterios de la astrofísica.

Durante la última década aproximadamente, la Anomalía de las Pioneer se ha convertido en una de los grandes misterios sin resolver de la astrofísica.

Anomalía Pioneer


El problema es éste. Las naves Pioneer 10 y 11 se lanzaron hacia Júpiter y Saturno a principios de la década de 1970. Tras sus respectivos sobrevuelos, continuaron en trayectorias de escape del Sistema Solar, ambas decelerando bajo la fuerza gravitatoria del Sol. Pero unas cuidadosas medidas demuestran que la nave está frenando más rápido de lo que debería, como si estuviese siendo arrastrada hacia el Sol por una fuerza extra invisible.

Esta deceleración es minúscula: Apenas (8,74±1,33)×10−10 ms−2. La gran pregunta es de dónde procede.

Los ingenieros de la nave pensaron al principio que el calor emitido por la nave era algo que podría provocar exactamente este tipo de frenado. Pero cuando examinaron la forma en que se producía el calor en la nave, por medio del plutonio a bordo, y cómo debe emitirse el mismo, fueron incapaces de cuadrar los números. Como mucho, los efectos térmicos podrían tener en cuenta sólo el 67 por ciento de la deceleración, comentaban.

Esto llevó a una gran cantidad de ideas, algunas de las cuales hemos cubierto en este blog. Por ejemplo, el año pasado revisamos un trabajo que descartaba la posibilidad de que la gravedad pudiese ser más fuerte a esas distancias, dado que deberíamos ver un efecto similar en la órbita de objetos igualmente lejanos como Plutón.

Ahora, Frederico Francisco del Instituto de Plasmas y Fusión Nuclear el Lisboa, Portugal, y algunos colegas, dicen que han calculado dónde se equivocaron en los cálculos térmicos.

Estos chicos han rehecho los cálculos usando un modelo por ordenador no sólo de cómo se emite el calor, sino también de cómo es reflejado en varias partes de la nave. El reflejo resultó ser clave.

Los cálculos previos sólo han estimado el efecto del reflejo. Por lo que Francisco y compañía usaron una técnica de modelado por ordenador llamada sombreado de Phong (Phong shading) para calcular exactamente cómo se refleja el calor emitido y en qué dirección termina viajando.

El sombreado de Phong fue ideado en la década de 1970 y actualmente se usa en muchos paquetes de renderización para modelar reflejos en tres dimensiones. Originalmente se desarrolló para manejar los reflejos de la luz visible desde objetos en 3D, pero funciona igual de bien para la luz infrarroja, dicen Francisco y compañía.

En particular, el sombreado de Phong ha permitido al equipo portugués incluir por primera vez el efecto del calor emitido desde una parte de la nave llamada compartimento principal del equipo. Resulta que el calor de la pared trasera de este compartimento se refleja desde la parte trasera de la antena de la nave (ver diagrama superior).

Dado que la antena apunta en dirección al Sol, hacia la Tierra, el reflejo desde la parte trasera tendería a frenar la nave. “La radiación de esta pared se reflejará, en una primera iteración, en la antena y suma una contribución a la fuerza en la dirección del Sol”, dicen Francisco y compañía.

He aquí, este componente extra de fuerza es el que crea toda la diferencia. Como lo dicen Francisco y compañía: “Con los resultados presentados aquí, se hace más aparente que, a menos que surjan nuevos datos, el misterio de la aceleración anómala de las sondas Pioneer puede finalmente dejarse descansar”. En otra palabra, la anomalía desaparece.

Por supuesto, otros grupos querrán confirmar estos resultados y un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, el cual ha recopilado los datos de las sondas, está actualmente estudiando su propio modelo por ordenador del gasto térmico.

Será interesante ver si concuerdan. Si lo hacen; problema resuelto. ¡Probablemente!


Fecha Original: 31 de marzo de 2011
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Comments (24)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo original publicado el 31 de marzo de 2011 en The Physics ArXiv Blog. Un nuevo modelo por ordenador de la forma en que se emite el calor desde distintas partes de la nave Pioneer, y es reflejado desde otras, resuelve …..

  2. El_tonto_del pueblo

    ¿No había alguien que decía que esta anomalia de las pionner se explicaba, precisamente, por la expansión acelerada del universo?

    • reneco

      Pues esto es todo lo contrario no se habla de aceleración sino de deceleración y es muy pequeña así que puede ser causada por un número importante de variables no bien evaluadas

  3. jurl

    Pues qué lástima. Era mucho más fascinante que fuese algo fundamental y no un ruído de fondo. No sólo habrá que replicar esto (que no deja de ser una simulación), sino también considerarlo para una anomalía similar y extrañamente asimétrica presentada por la Ulysses, si no recuerdo mal.. :D

  4. Oscar

    Pues yo creo que esta noticia es una maravilla. Ya vale de tanta bobada.

  5. pablo

    ¿ A nadie se le ocurrió que la antena siempre apunta hacia la tierra ? es la única variable que se mantiene siempre en dirección solar…

  6. Gerardo

    Que tonteria, tanta bulla que se hizo con esta anomalia!, hasta se pensó que podia tratarse de una prueba de una gravedad modificada, casi que puedo apostar que cuando descubran la explicacion a la energia y materia oscuras, seguro va a ser una explicacion tonta como esta “es que no habiamos considerado el magnetismo, pensabamos que era despreciable….”

  7. Fer137

    Un detalle importante que no se ve en ese dibujo: El calor se genera en los RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) de Plutonio que estan en la punta de unos mastiles aislantes de 3 metros.
    http://4.bp.blogspot.com/_IP-xhn2P2rQ/TJ9PFVFtjKI/AAAAAAAAFkM/girUG0gOPG4/s1600/3.gif

  8. [...] Anomalía de las Pioneer resuelta mediante una técnica de gráficos por ordenador de los 70 [...]

  9. tranbalantrán

    Parece que las cosas van encajando, que diría Colombo.

  10. No quiero poner una nota discordante y generar polémica, pero he leído el artículo de estos portugueses y su análisis es bastante torpe. La verdad sea dicha, a uno de mis alumnos yo le exigiría un análisis un poco más fino de este asunto.

    He de confesar que yo daba clases del modelo de Phong ya en 1995 (Phong es el nombre de pila de Bui Tuong, en vietnamita el nombre de pila va al final). Además llevo dando clases de teoría de la radiación térmica desde el punto de vista numérico desde el 2000 (Métodos Numéricos de la Ingeniería Térmica).

    En mi opinión, este nuevo artículo sobre la anomalía de Pionner aporta muy poco a lo que ya sabía y no resuelve la anomalía. Por mucho que a FTC y a mí mismo nos gustaría que así fuera.

  11. Bueno, si Francis que es experto en el tema opina que este estudio no es concluyente es muy posible que surjan más opiniones de científicos en esta dirección, veremos que opina la comunidad científica. En muchas ocasiones, he observado la tendencia a buscar como explicación a un fenómeno una sola causa cuando en muchas situaciones la explicación suele ser debida a varios fenómenos (lo que hace más compleja la explicación). Quizás este sea uno de esos casos y la radiación térmica explique solo una parte de la deceleración y la materia oscura otra parte. Lo malo es que si es así el problema no se resolverá hasta que no sepamos que forma la MO y donde exactamente se encuentra.
    Lo que está claro es que cada vez nos enfrentamos a problemas más complejos (por lógica los problemas difíciles son los que persisten). Es muy probable que un avance fundamental como la explicación de la materia oscura o la energía oscura produzca un “efecto cascada” y resuelva de un golpe muchos de los problemas pendientes.

  12. Raistmaj

    Algo se de iluminación Directa e Indirecta así que voy a comentar desde mi ignorancia.

    El modelo phong es poco preciso para el cálculo de la energía indirecta que llega a las superficies, digamos que sólo tiene en cuenta la iluminación Directa y los Reflejos directos. No entendamos Indirecta, como iluminación que se puede reflejar, sino como la radiancia que se trasmite por la superficie de los materiales o fluidos hasta llegar a nuestro punto de incidencia final. Por ejemplo enciende un cañon de luz (no laser), el punto al que estamos apuntando está mejor iluminado que el resto, pero ahi está la gracia en el resto también hay luz, muy tenue pero llega de manera indirecta. Encended una linterna junto a vuestra mano y si la linterna es potente llegará luz a traves de la piel al otro lado. Una imagen de ejemplo que realice con un sintetizador distribuido para proyecto fin de carrera:

    http://img156.imageshack.us/img156/3253/pgpusubir.png

    Sería mucho más preciso usar técnicas de Radiosity, al menos si van por estas vías claro está.

  13. reneco

    Una solución para validar esta hipótesis es mandar otra nave con otra estructura térmica a estas inconmensurables distancias y ver como afecta el alejamiento del sol a la velocidad de la nave, pero la deceleración es tan pequeña que puede ser causada por cualquier cosa, como vientos estelares no contemplados, una mala estimación de la distribución de la masa del sistema solar, datos incorrectos de la temperatura y de la distribución de ella en la Pioneer, etc. En resumen hay que mandar mas sondas a esas distancias y me parece que no se han hecho muchos esfuerzos en este sentido por motivos económicos

    • Fer137

      Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, y New Horizon …

      • jurl

        Las Voyager no sirven, porque han realizado correcciones de rumbo y no están en caída libre pura como las Pioneer, que vuelan, digamos, en inercia pura. Por la misma, New Horizons tampoco sirve, utilizará sus correctores de rumbo cuando sobrevuele Plutón para dirigirse a su siguiente destino aún por determinar. Daba vueltas por ahí un proyecto específico y bastante barato, barato porque la parte más cara sería el seguimiento: los datos de las propias sondas se interrumpieron (por falta de suministro de los RTG) en 1995 la 11, y en 2003 la 10, esto significa para la 10 31 años de telemetría. La carrera profesional de una persona se puede tomar en sentido amplio desde los 25 pongamos hasta los 65, es el 75% de la vida laboral de una persona. Un proyecto dedicado podría acumular datos durante más de 50 años, perfectamente por 100 o más.

        Cuando hablamos de conquistar el espacio y todas esas cosas, se cuentan con los dedos de las manos los proyectos científicos que duran tanto tiempo, o se desarrollan para ese lapso de tiempo. Ni siquiera estamos en condiciones de garantizar proyectos a esa escala, cuánto menos cosas todavía más espectaculares. La mayoría de los países del mundo no tienen 50 años de existencia, de los que sí la tienen, casi todos en 50 años han experimentado cambios sociopolíticos impresionantes, menos de 20 los que no han cambiado significativa en el plano estructural y constitucional (todos en América, unos pocos en Europa y Australia y Nueva Zelanda), porque socialmente, han cambiado todos.

        Así que todavía no estamos en condiciones ni de hacer física en serio…

  14. [...] Enlace original: http://www.cienciakanija.com/2011/04/01/anomalia-de-las-pioneer-resuelta-mediante-una-tecnica-de-gra… [...]

  15. Hay un hecho que se suele olvidarse y es que no se ha observado un efecto similar en las Voyager. Si la Anomalía Pioneer fuera debida a un hecho cosmológico desconocido, ¿no debería haber afectado por igual a todas las naves?
    Pero el que las Voyager no lo hayan mostrado hace pensar más en alguna peculiaridad del diseño de los Pioneer. Me alegro de que finalmente parezca resuelto.

    • reneco

      jurl dice que las pioneer y las Voyager no cumplen las mismas condiciones para observar estas anomalias

    • jurl

      Nop, lo comenté arriba. Las Pioneer vuelan en caída libre, en trayectoria hiperbólica escapando del pozo gravitatorio del Sistema Solar. Por tanto, su telemetría no tiene ningún ruido de fondo, los únicos efectos que han estado actuando sobre ellas desde su último sobrevuelo con un planeta (Júpiter) deberían ser los gravitatorios, y aparece esto. Las Voyager han hecho correcciones de rumbo todas las que las han querido, esas correcciones son suficientes para enmascarar un efecto tan tenue como este si es que se presenta (es aplicar una fuerza a lo basto, soltar un chorro de gas, eso produce una impulsión aproximada, de precisión suficiente como para alcanzar destinos en rangos de segundos, pero la magnitud exacta del chorro no se sabe, porque es irrelevante para la corrección de rumbo, para entendernos, da igual que sea de 1,0001 N que de 0,9994 N, pero como el efecto sale por el decimosegundo decimal, ponle 0,000000000001, esto borra totalmente cualquier efecto).

      Aparte de las Pioneer, lo presenta también creo la telemetría de la Ulysses, de forma asimétrica por lo visto.

  16. [...] afirmando que resolvía de forma definitiva el problema de la anomalía, como nos contó Kanijo, “Anomalía de las Pioneer resuelta mediante una técnica de gráficos por ordenador de los 70,” Ciencia Kanija, abr 01, 2011 [traducción de KFC en The Physics ArXiv Blog.]. Yo critiqué [...]

  17. [...] El pasado marzo, físicos europeos afirmaron que un nuevo modelo por ordenador de la emisión de calor procedente de la nave había finalmente dado con el problema. [...]

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