Snelheidsverandering van ruimtesondes is raadsel voor fysici

De snelheid van ruimtesonde Galileo op weg naar Jupiter is met de bewegingswetten niet verklaarbaar. Foto Nasa NASA

Ruimtesondes en satellieten die de aarde passeren doen dat met een net iets andere snelheid en richting dan de theorie voorspelt. Of deze geringe, maar onverklaarbare afwijkingen erop duiden dat we de natuurkundige bewegingswetten moeten bijstellen is nog niet duidelijk. Een soortgelijk effect werd eerder vastgesteld in de beweging van de ruimtesondes Pioneer 10 en 11 die eenmaal aan de rand van ons zonnestelsel aangekomen langzamer leken te bewegen dan verwacht (Physical Review Letters, 7 maart).

Op weg gaan naar de uiteinden van ons zonnestelsel worden ruimtesondes langs de aarde gestuurd om ze met behulp van de aardse zwaartekracht een slinger mee te geven. Tussen december 1990 en september 2005 gebeurde dat zes keer, onder meer met Galileo, een missie naar Jupiter, en Cassini, die op weg ging naar Saturnus. In alle gevallen bepaalden onderzoekers van het Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena de bewegingsrichting én de snelheid van de ruimteschepen aan de hand van de radiogolven, die tussen de aarde en de ruimteschepen heen en weer gaan voor communicatiedoeleinden. De frequentie van die radiogolven verandert als gevolg van de beweging van het ruimteschip, zoals de sirene van een ziekenwagen hoger wordt als deze naar ons toekomt en lager wordt als die juist van ons wegrijdt, het Doppler-effect. Tot hun verbazing kwamen de gemeten snelheden niet precies overeen met wat de theorie voorspelde. De afwijkingen waren erg klein, enkele millimeters per seconde op een typische snelheid van kilometers per seconde, maar wél significant. Er zijn echter een heleboel effecten die in rekening gebracht dienen te worden bij het berekenen van de baan van een ruimtesonde: niet alleen de aantrekkingskracht van de aarde, maar ook die van andere planeten, verder kleine relativistische effecten, en tenslotte zelfs de stralingsdruk van het opvallende zonlicht. Het zou goed kunnen dat een van deze effecten niet of niet geheel correct is meegenomen in de berekeningen. Het is evenmin triviaal om de snelheidsgegevens uit de Dopplermetingen te destilleren. Zowel de theorie als de metingen zullen dus nog eens aan een kritische controle worden onderworpen. De JPL-onderzoekers hebben al wel een formule opgesteld die de gemeten afwijkingen beschrijft. Ze gaan die nu toetsen aan een recente passage van de Rosetta-sonde op 13 november 2007. Rob van den Berg