El model de la física newtoniana és prou acurat com perquè se’l faci servir amb eficàcia per descriure els moviments generals del Sistema Solar. No obstant això, hi ha determinats fenòmens que se li escapen, com la precessió de l’òrbita de Mercuri. Aquesta i d’altres anomalies s’expliquen en darrer terme amb la teoria de la relativitat general d’Einstein. La combinació del model newtoniana i de les correccions einstenianes és l’utilitzada actualment per la computació dels moviments del Sistema Solar. Això no val únicament per connectar amb l’harmonia dels móns, ja que té una importància pràctica fonamental en la cosmonàutica. Totes les anomalies del model newtonià són explicables a través de la física relativística? El consens científic és afirmatiu. Però hi ha quatre anomalies que suposen un repte. Tard o d’hora es resoldran (però llavors n’hauran aparegut, possiblement, de noves). En un article que apareix en el Proceedings of the IAU Symposium 261, John D. Anderson i Michael Martin Nieto ens presenten aquestes quatre anomalies astromètriques, i les possibles formes de resoldre-les en el marc de la cosmologia quàntica vigent.
Física clàssica i relativística, freda i calenta
Les dues grans revolucions de la física del segle XX (de principis del segle XX) foren la teoria especial i general de la relativitat, i la física quàntica. La relativitat de l’espai i del temps (i de la massa, i de la longitud) és necessària per a la constància de l’estructura bàsica de l’univers (constant de la velocitat de la llum, constant gravitatòria universal, etc.). La física quàntica mostra que els bescanvis energètics es realitzen a través de quantitats discretes (quanta) i no pas a través d’una distribució contínua. La física “anterior” a la relativa rep sovint el nom de “física freda”, en tant que és vàlida, a grans trets, en condicions de camps gravitatoris baixos i de velocitats moderades. Quan el camp gravitatori és prou alt i les velocitats prou properes a la velocitat de la llum, hom parla de “física calenta”. Similarment, hom parla de “física clàssica” per referir-se a l’estadi pre-teoria quàntica, i de “física quàntica” per referir-se a la física que té en compte els fenòmens quàntics. D’aquesta forma la teoria de la relativa és una teoria “clàssica”, i la física quàntica és una física “freda”. En les darreres dècades i, fins els nostres dies, la combinació de la física “calenta clàssica” i de la física “freda quàntica” en una física “calenta quàntica” és una tasca cabdal. Èxits en aquest camp han estat les teories quàntiques de camp aplicades a la força electromagnètica (electrodinàmica quàntica) i a la interacció nuclear forta (cromodinàmica quàntica). El desenvolupament de la cosmologia quàntica, és a dir del tractament del fet cosmològic a la llum simultània dels fenòmens quàntics i relativístics, mostra més dificultats.
La detecció i estudi d’anomalies en el model cosmològic vigent en el camp de l’astrometria (la dinàmica celeste amb mesures precises d’espai i de temps) poden ajudar a perfeccionar el model i, eventualment, a introduir futures innovacions que els facin més complet i més ample.
Primera anomalia: els apropaments a la Terra en les maniobres de sondes interplanetàries
La sonda Galileo, en preparació a la imatge, fou llençada fa vint anys.
De les quatre anomalies astromètriques que citen els dos autors, la que més els colpeix és el fet que diverses cosmonaus que, en el decurs d’una missió extraplanetària, han realitzat una maniobra d’apropament a la Terra, han experimentat una acceleració superior a la inicialment calculada. Com en tota la resta d’anomalies, l’efecte no és massa gran, però no per això imperceptible, i tampoc desproveït de consideracions pràctiques. Fet i fet, aquestes maniobres són vitals per a l’existència d’aquestes sondes interplanetàries “de baix cost”, on l’acceleració suficient per assolir els seus objectius (Mercuri, Venus, asteroides, Júpiter, etc.) s’adquireix més d’aquesta manera que no pas pel mètode pre-1973 (l’època de les vaques grasses) de la propulsió directa.
Vegem els casos on s’ha detectat aquesta anomalia:
– la missió Galileo va realitzar dues maniobres d’apropament a la Terra (1990 i 1992) abans d’aconseguir l’impuls necessari per viatjar fins a Júpiter (1995). En tots dos apropaments hom observà una acceleració lleugerament superior a l’esperada. Val a dir que l’apropament de 1992, a 303 km de la superfície terrestre podria haver estat afectat per la interacció amb l’exosfera (la capa més alta i tènue de l’atmosfera terrestre).
– la missió NEAR va realitzar un apropament a la Terra el 1998, per adquirir l’embranzida necessària per visitar l’asteroide 252 Mathilde i entrar finalment en òrbita i aterrar en l’asteroide 433 Eros. En l’apropament del 1998 s’observà una anomalia anàloga a les dues observades amb la Galileo.
– la missió Rosetta ha realitzat dos apropaments a la Terra (2005 i 2007) en la seva trajectòria envers el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. En l’apropament del 2005 es va repetir l’anomalia, però en el 2007 no se’n va detectar cap. És possible que la raó d’aquesta discrepància sigui degut a que l’apropament del 2007 no fou tan “proper” (5322 km respecte la superfície terrestre per comptes dels 1955 km del 2005). El proper mes de novembre Rosetta farà un tercer apropament, i serà el moment d’estudiar bé l’anomalia o l’anomalia de l’anomalia.
Si descomptem l’apropament del 2007 de la Rosetta, i ens centrem en els altres apropaments (inferiors tots ells a la distància de 2000 respecte la superfície terrestre), l’anomalia es pot mesurar en canvi d’energia orbital total per unitat de massa de la cosmonau. D’aquesta forma obtenim un nombre similar per als quatre apropaments.
Donada les magnituds energètiques de la suposada anomalia, avui per avui, únicament es poden observar en cosmonaus que s’apropin a la Terra (i no pas si s’apropen a un altre astre, òbviament més llunyà).
Segona anomalia: el misteriós allunyament de la Terra al Sol
La distància mitjana de la Terra al Sol és la unitat astronòmica. La definició precisa depèn d’una sèrie de consideracions, però hom pot arribar a calcular-la amb un marge d’error de 3 m al voltant de la xifra de 149 597 870 700 m, d’acord amb les dades del 2006. Això és tant precís com mesurar la vostra alçada amb un marge de precisió fins a la darrera proteïna dels vostres cabells, és a dir és un marge d’error de 2·10-11. La unitat astronòmica, en tant que constant astronòmica, es considera en gran mesura de valor fix en metres.
D’acord amb el paradigma científic actual, la unitat astronòmica hauria de posseir un valor constant en metres o bé, fins i tot, presentar una tendència a la disminució (degut al fet que el Sol transforma part de la seva massa en radiació). Contràriament, sembla que hi ha un augment secular de la unitat astronòmica de 4,9 nm·s-1. Això equival a 15 cm per any, o a 15 m per segle.
Els autors analitzen aquesta anomalia a través de la modelització dels moviments del Sol, Terra, Lluna i Mart. Això els porta a considerar que, si pensem que l’anomalia astromètrica dels 15 cm per any és, en realitat un error de mesura, difícilment però el valor real pot ser inferior als 3 cm/any, i per tant l’anomalia seria objectiva i no pas artefactual. Una alternativa per explicar aquest augment secular de la unitat astronòmica seria a través d’un augment net de la massa solar a través d’algun procés, fins ara desconegut, d’acreció. Això no modificaria per res la teoria de la gravitació universal però certament somouria força els nostres coneixements de dinàmica estel·lar, ja que parlem d’augments de massa solar de l’ordre de 1,9·1011 kg·s. Si aquest augment de la massa depengués, per exemple, dels nuclis cometaris que cauen en el Sol, parlaríem d’una taxa de destrucció cometària directa de 40.000 cometes anuals!
Tercera anomalia: què frena a les dues Pioneer?
Trajectòries de les quatre cosmonaus més allunyades de la Terra en l’actualitat. Hom ha observat una anomalia en la trajectòria de les dues Pioneer. No obstant, la mateixa anomalia no ha estat registrada en les dues Voyager.
Aquesta és potser l’anomalia més citada en la premsa popular. Consisteix en el fet que la trajectòria de les naus Pioneer 10 i 11 (llençades respectivament el 1972 i el 1973, i que van camí dels estels) mostra l’existència d’una acceleració envers el Sol (un component desaccelerador). Aquesta anomalia no és prou elevada com per tòrcer gaire la trajectòria general de les dues cosmonaus. Per Anderson i Nieto podria la ser menys complicada, en ésser explicable per un mecanisme d’acceleració no-gravitatòria: una heterogeneïtat en la radiació tèrmica despresa per les Pioneer. No obstant això, el debat resta obert, i l’anomalia de les Pioneer també és la que mou més recerca. Per explicar-la, hom ha recorregut a l’acció de la matèria fosca del Sistema Solar, a una redefinició del principi d’inèrcia, etc. L’energia per produir l’anomalia de les Pioneer és de 63 W, i cal no oblidar que malgrat tan lluny del Sol, la radiació solar a aquelles alçades és encara 1/30000 respecte la força gravitatòria solar. Per tant, la implacable navalla d’Occam juga en favor d’Anderson i Nieto.
Quarta anomalia: canvis estranys en l’excentricitat orbital de la Lluna
El primer reflector de l’experiment Lunar Laser Ranging el va instal·lar l’Apol·lo 11 fa 40 anys
La quarta anomalia es basa en una lectura de les dades de distància Terra-Lluna obtingudes a través del reflectors làsers (Lunar Laser Ranging) instal·lats a la Lluna per les missions Apol·lo (11, 14, 15) i Lunokhod (1 i 2). Si bé el reflector de la Lunokhod 1 deixà de funcionar el 1971, els altres quatre reflectors continuen en actiu, i ofereixen un registre continu des de 1970, que consisteix en un total de 16.941 mesures de distància. Aquestes dades ens ofereixen una dinàmica de l’òrbita lunar en gran mesura esperable. No obstant hi ha canvis en l’excentricitat de l’òrbita lunar que són de difícil explicació i, per tant, constitueixen una anomalia astromètrica.
En general, hi hauria una tendència secular a l’augment de l’excentricitat orbital de la Lluna. Part de l’augment s’explica per la fricció mareal del sistema Terra-Lluna (que conduiria, a llarg termini, a la igualació entre els períodes de rotació dels dos planetes i el període de translació del segon al voltant del primer). No obstant l’augment detectat és significativament més gran que el predit (P < 0.001), d’un valor de 3,5 mm/any. Una possible explicació en el marc einstenià es trobaria en la dinàmica de dissipació d’energia interna de la Terra i de la Lluna. Però trobar aquesta explicació és un repte no pas poc complex.
Una revisió de la teoria de la gravitació einsteniana? No tan ràpid
Els autors són extremadament prudents en aquest sentit. Al capdavall, de les quatre anomalies, les dues darreres podrien explicar-se per fenòmens d’acceleració no-gravitatòria que en res ataquen el model vigent einstenià. Però encara són per veure si aquests fenòmens són reals o no. I de les dues anomalies citades en primer lloc, els mateixos autors assenyalen que meriten molta i molta atenció
Lligams:
– Astrometric Solar-System Anomalies. J. D. Anderson, M. M. Nieto. arXiv:0907.2469v1
– Anomalies and Their Uses. Centauri-Dreams
