Lavorare con la gravità non è di certo un compito facile. Rimangono alcuni misteri su questa forza così debole ma così determinante per l'universo intero, e uno dei grattacapi più complicati da risolvere, e che fa discutere ancora oggi, è la celebre "Anomalia del Pioneer".
Facendo un salto di 40 anni indietro nel tempo, nel 1972 e nel 1973 vennero lanciate la sonde Pioneer 10 e 11. Il loro compito era quello di esplorare la regione di spazio che ospita Giove, Saturno e le loro lune.
L'importanza scientifica di queste due missioni fu enorme, ma come spesso accade le due navette furono colpite da qualche malfunzionamento più o meno grave, e hanno dato il via ad un mistero che ancora oggi tiene impegnati i fisici.
Durante le missioni Pioneer, e anche dopo che il loro termine ufficiale, gli scienziati sulla Terra monitorarono costantemente la posizione delle due sonde tramite l'effetto Doppler. E dato che alla NASA non piace perdere due "lavatrici spaziali" senza poter spremere ogni informazione possibile prima che siano troppo lontane o deboli per farlo, un astronomo di nome John Anderson ideò negli anni '80 un algoritmo estremamente complicato, in grado di utilizzare le trasmissioni radio tra la Terra e le Pioneer per studiare gli effetti gravitazionali del sistema solare esterno.
Un vero colpo di genialità. Peccato che si verificò una strana anomalia nei calcoli, una discrepanza tra l'effetto Doppler previsto dall'algoritmo di Anderson e la misurazione dei segnali radio. Per farla breve, le sonde Pioneer stavano decelerando più di quanto previsto dall'algoritmo di Anderson.
Questa discrepanza è un dato che noi "sempliciotti" saremmo portati a trascurare: 10 milioni di volte più piccola dell'accelerazione gravitazionale (8.74 x 10-10 m/s2). Ma per uno scienziato è un valore che non può essere trascurato, e le indagini sull' "Anomalia del Pioneer" sono iniziate.
Come viene facile immaginare, le teorie che sono nate negli ultimi 30 anni sono state tantissime, ma la possibile soluzione finale al mistero ci viene data da Federico Francisco e dai suoi colleghi dell' Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear di Lisbona. Francisco sostiene che i calcoli di Anderson erano sbagliati, e non tenevano conto del calore riflesso dalle diverse parti che compongono le due sonde.
Una delle prime ipotesi fu quella di grosse quantità di materia oscura, non ancora rilevata, che popolava la zona esterna del sistema solare, e contribuiva a rallentare ulteriormente le sonde. Si tentò poi di spiegare il fenomeno delle Pioneer con il fatto che la gravità non seguisse le tradizionali regole newtoniane (ipotesi definita MOND - MOdified Newtonian Dynamics).
Ma entrambe sembravano non spiegare completamente la discrepanza tra l'accelerazione prevista e quella reale.
Ma, a volte, pensare semplice porta alla soluzione di un problema. Non è mai stato escluso infatti il fattore tecnico: un guasto, un malfunzionamento o un'anomalia della strumentazione delle sonde.
E a cosa si pensa, come primo "colpevole", quando si ha a che fare con una sonda dotata di un reattore SNAP-19 carico di qualche chilo di Plutonio 238? Una delle prime ipotesi fu quella in cui il valore generato dal reattore veniva irradiato nello spazio in direzione contraria al moto delle sonde, contribuendo a rallentarle.
Ma dai calcoli iniziali l'ipotesi fu accantonata per via del fatto che la "spinta" del plutonio sarebbe dovuta diminuire col passare degli anni. Il mistero dell'anomalia del Pioneer rimaneva quindi insoluto.
Francisco è però riuscito a dimostrare che i calcoli di Anderson erano scorretti. Più che scorretti, incompleti: la radiazione generata dal reattore non solo viene irradiata nello spazio, ma viene anche riflessa dalle diverse componenti delle Pioneer.
Grazie ad un algoritmo utilizzato inizialmente per calcolare i riflessi di luce su oggetti tridimensionali, Francisco e i suoi colleghi sono riusciti a calcolare il calore emesso da un componente delle sonde, il compartimento dell'equipaggiamento, e i riflessi della radiazione termica contro la parete posteriore dell'antenna principale.
Dato che l'antenna punta verso il sole e le sonde tendono ad allontanarsi dalla nostra stella, il calore riflesso sarebbe in grado di rallentare le Pioneer, e l'incongruenza tra calcoli e dati reali sarebbe risolta.
"Con i nostri risultati presentati qui, diventa sempre più chiaro che, a meno che non emergano nuovi dati, il mistero dell'accelerazione anomala delle sonde Pioneer possa essere considerato risolto" dice Francisco.
La ricerca di Francisco conferma e completa i dati ottenuti in un esperimento del 2010 in cui Viktor Toth, software developer canadese, e Slava Turyshev del JPL hanno sviluppato un modello di simulazione tridimensionale in grado di calcolare la diffusione del calore in oltre 100.000 punti delle Pioneer, e lungo un arco temporale di 30 anni.
"Il contraccolpo del calore è parte dell'accelerazione" dice Turyshev. "Si può essere certi che qualunque cosa dovesse rimanere dell'anomalia dopo aver scartato l'accelerazione termica, sarebbe di molto inferiore al valore canonico di 8.74 x 10-10 m/s2. E tutte quelle meravigliose coincidenze numeriche di cui si chiacchiera ne uscirebbero distrutte".
Mysterious Pioneer Anomaly May Finally Be Solved