Ohilentoanomalia

Ohilentoanomalia on pieni lisäys avaruusluotaimen kokemaan kiihtyvyyteen sen hakiessa nopeudenlisäystä Maan ohilennolla. Anomalian suuruus on muutamia mm/s ja se tulee esille perigeumin ohituksen jälkeen. Ilmiötä ei toistaiseksi osata selittää. Sillä saattaa olla jonkinlainen yhteys Pioneer-anomaliaan.

Havainnot

Ensimmäinen havainto ohilentoanomaliasta tehtiin vuonna 1990, jolloin Jupiteriin matkalla ollut Galileo-luotain teki 8. joulukuuta ensimmäisen Maan ohilennon käyden alimmillaan 959,9 kilometrin korkeudella maanpinnasta. Ohilennon jälkeen luotainta seuraneet NASAn Deep Space Networkin tutkat havaitsivat luotaimen signaalissa 66 millihertzin suuruisen Doppler-siirtymän, joka vastaa 3,92 ± 0,08 mm/s suuruista ylimääräistä nopeudenlisäystä. Ilmiötä ei kuitenkaan havaittu toisen ohilennon yhteydessä joulukuussa 1992, sillä ohilento tapahtui vain 303,1km korkeudelta jolloin ohuen ilmakehän aiheuttama kitka peitti mahdollisen anomalian.

NEAR Shoemaker -luotain suoritti Maan ohilennon 23. tammikuuta 1998. Alimmillaan sen korkeus maanpinnasta oli 538,8 kilometriä. Ohilennon jälkeen luotaimen nopeudessa ilmeni 13,46 ± 0,13 mm/s suuruinen anomaalinen nopeudenlisäys.

Saturnusta tutkiva Cassini-Huygens-luotain suoritti ohilennon elokuussa 1999 ja sai 0,11 mm/s suuruisen ylimääräisen nopeudenlisän. Seuraavana ohilennon vuonna 2001 tehnyt Stardust-luotain käytti rakettimoottoreitaan ohituksen aikana. Näiden aiheuttama epätarkkuus nopeudenmuutoksessa on paljon suurempi kuin anomalia, eikä sen mahdollista vaikutusta siksi voitu Stardustin tapauksessa havaita.

Rosetta-luotain sai 1,82 ± 0,05mm/s ylimääräisen nopeudenlisäyksen ohittaessaan Maan 1 954 kilometrin korkeudelta maaliskuussa 2005.

Merkuriusta tutkiva Messenger-luotain suoritti elokuussa 2005 ohilennon 2 347 kilometrin korkeudelta. Minkäänlaista poikkeavaa nopeudenlisäystä ei yrityksistä huolimatta havaittu. Aikaisemmista ohilennoista poiketen Messengerin rata oli hyvin symmetrinen Maan päiväntasaajan suhteen: se lähestyi maata 31 asteen kulmasta pohjoiselta pallonpuoliskolta ja jatkoi matkaansa 32 asteen kulmassa eteläiseltä pallonpuoliskolta. Tämä viittaa vahvasti siihen, että ohilentoanomalia liittyy jollakin tavalla Maan pyörimisliikkeeseen.

Mahdollisia selitysmalleja

Toisin kuin Pioneer-anomalia, ohilentoanomalia on varmasti todellinen fysikaalinen ilmiö ja sellaisena sille on oltava jokin selitys. Toistaiseksi mitään mahdollista selitystä ei kuitenkaan ole löydetty. Käytännössä jo poissuljettuja aiheuttajia ohilentoanomalialle ovat:

• ilmakehän vaikutus: vaikutus korkeintaan 10^-8 m/s². Lisäksi kitkan aiheuttama kiihtyvyys jarruttaisi eikä suinkaan kiihdyttäisi luotainta
• valtamerten vuoroveden aiheuttama poikkeama Maan massajakaumassa: vaikutus korkeintaan 10^-5 m/s²
• maankuoren vuoroveden aiheuttama poikkeama Maan massajakaumassa: vaikutus pienempi kuin merten vuorovedellä
• satelliitin mahdollisen sähkövarauksen vaikutus Maan magneettikentässä: vaikutus korkeintaan 10^-8 m/s²
• Maapallon anomaalinen magneettinen momentti: vaikutus korkeintaan 10^-15 m/s²
• Maan albedosta aiheutuva säteilypaine: vaikutus korkeintaan 10^-9 m/s²
• aurinkotuulen aiheuttama voima: vaikutus korkeintaan 10^-9 m/s²
• radioaaltojen helisiteetin vuorovaikutus luoteimen pyörimisliikkeen kanssa: näkyisi vain 2-suuntaisissa Doppler-havainnoissa
• Kuun ja muiden planeettojen aiheuttamat häiriöt sekä Maan ja Kuun litistyneisyydestä aiheutuvat vaikutukset: korkeintaan 10^-5 m/s²

Myös pimeän aineen vaikutus on hyvin epätodennäköinen. Ilmiölle on kehitetty koko joukko "uutta fysiikkaa" sisältäviä selitysmalleja. Eräs mielenkiintoisimmista liittyy yleisen suhteellisuusteorian ennustamaan niin kutsuttuun torsiovaikutukseen. Joidenkin tutkijoiden mukaan torsiovaikutus voisi jopa selittää ohilentoanomalian kokonaisuudessaan. Torsiovaikutuksella on kuitenkin havaintojen kanssa ristiriitaisia vaikutuksia planeettojen ratadynamikkaan.

Lähteet

• Is the physics within the Solar system really understood? Johdatus Aurinkokunnan dynaamisiin anomalioihin. (englanniksi)
• Anderson ym. (2008) Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth. Phys Rev. Lett. 100, 091102 (englanniksi)
• The Energy Transfer Process in Planetary Flybys Yksityiskohtainen artikkeli energiansiirrosta ohilennon aikana. (englanniksi)
• Can the flyby anomaly be attributed to earth-bound dark matter? (englanniksi)