Flyby Anomaly: वो अंतरिक्षयान जो पृथ्वी के पास आते ही रहस्यमय तरीके से तेज़ हो गए

दिसंबर 1990। NASA का एक अंतरिक्षयान — नाम था Galileo — पृथ्वी की तरफ़ झपट्टा मारता है, ग्रह की थोड़ी-सी रफ़्तार चुराता है, और बृहस्पति की ओर छलांग लगा देता है। एकदम किताबी युक्ति। सब कुछ योजना के मुताबिक।

फिर Jet Propulsion Laboratory के नेविगेटर ट्रैकिंग डेटा लेकर बैठते हैं — और माथे पर बल पड़ जाता है। Galileo पृथ्वी से जाते वक़्त कक्षीय यांत्रिकी के नियमों की इजाज़त से लगभग 3.92 मिलीमीटर प्रति सेकंड ज़्यादा तेज़ था (Anderson et al., Physical Review Letters, 2008)। रफ़्तार का यह फ़र्क़ एक रेंगते घोंघे की चाल जितना है। और जहाँ तक कोई बता सका है — यह नामुमकिन है।

उस रफ़्तार के उस छोटे-से टुकड़े का आज एक नाम है: flyby anomaly। तीन दशकों से यह रहस्य "मामूली गड़बड़ी" और "नई भौतिकी की झलक" के बीच की धुंध में लटका हुआ है। किसी ने अभी तक इसे पूरी तरह सुलझाया नहीं। यह कहानी है मिलीमीटरों में नापे गए एक रहस्य की।

हमने असल में क्या मापा

"Gravity assist" या स्लिंगशॉट — अंतरिक्ष उड़ान की सबसे आम चाल है। यान किसी ग्रह की तरफ़ गिरता है, ग्रह की सूर्य के इर्द-गिर्द गति का कुछ हिस्सा उधार लेता है, और आने की तुलना में तेज़ रफ़्तार से बाहर निकल जाता है। इंजीनियर इन मुलाक़ातों को लगभग हास्यास्पद सटीकता से अंजाम देते हैं — क्योंकि इसके पीछे की भौतिकी, न्यूटन का गुरुत्व और आइंस्टीन के बारीक सुधार, मानवता के सबसे परखे हुए विज्ञान में से एक है।

तो जब Galileo की गणना से ज़्यादा रफ़्तार निकली, तो बात अलग ही लगी। भविष्यवाणियाँ इतनी सटीक मानी जाती हैं। 1990 की उड़ान के बाद वैज्ञानिकों ने पृथ्वी के दूसरे flybys को भी खंगाला, उसी उँगलियों का निशान ढूंढते हुए। 2008 में JPL के John D. Anderson की अगुआई में एक टीम ने peer-reviewed जर्नल Physical Review Letters में नतीजा छापा: रफ़्तार में बदलाव का एक साफ़ पैटर्न, जिसे किसी ने आदेश नहीं दिया था (Anderson et al., 2008)।

संख्याएँ छोटी हैं। लेकिन ग़ौर से देखिए, क्योंकि कुछ मामलों में ये ट्रैकिंग की त्रुटि-सीमाओं को भी धता बता देती हैं (Wikipedia — published flyby data का सारांश):

• Galileo, दिसंबर 1990: +3.92 mm/s (अनुमान से तेज़)
• Galileo, दिसंबर 1992: लगभग −4.6 mm/s (इस बार धीमा)
• NEAR, जनवरी 1998: +13.46 mm/s — रिकॉर्ड पर सबसे बड़ा साफ़ anomaly
• Cassini, अगस्त 1999: लगभग −2 mm/s
• Rosetta, मार्च 2005: +1.82 mm/s

दो बातें इसे नज़रअंदाज़ करने से रोकती हैं। पहली — ये बेहद सावधानी से कैलिब्रेट किए गए रेडियो-ट्रैकिंग डेटा में मौजूद असली residuals हैं, किसी नैपकिन पर की गई गणित नहीं। दूसरी — NEAR का 13.46 mm/s का आँकड़ा अपनी stated uncertainty (लगभग ±0.13 mm/s) से इतना दूर है कि "महज़ एक संयोग" यहाँ काम नहीं आता। Physical Review Letters के पेपर ने पृथ्वी flyby anomaly को "अंतरिक्षयानों की ट्रैकिंग में निहित एक वास्तविक प्रभाव" कहा, और माना कि इसका स्रोत अज्ञात है।

यहाँ दिलचस्प मोड़ है। Anderson की टीम ने देखा कि anomaly शायद ज्यामिति की परवाह करता है: इसकी तीव्रता, और यह यान को तेज़ करेगा या धीमा — यह उन अक्षांशों पर निर्भर करता था जहाँ से यान आया और गया। उन्होंने उस पैटर्न को एक सूत्र में ढाला, जिसमें भिन्नात्मक वेग-परिवर्तन पृथ्वी की घूर्णन गति, पृथ्वी की त्रिज्या, और आने-जाने के कोणों की cosines के अंतर पर निर्भर करता है (Anderson et al., 2008)। एक पेच है, जो मायने रखता है: यह सूत्र केवल वर्णन करता है। यह पुराने डेटा पर खींची गई एक रेखा है। यह कभी नहीं बताता कि क्यों।

वो सवाल जो बंद नहीं होता

यहीं से रहस्य सुलझने की बजाय और उलझता है।

अगर flyby anomaly प्रकृति का सच्चा नियम होता, तो जब भी ज्यामिति सही होती, यह दिखता। लेकिन ऐसा नहीं होता।

बाद के flybys को आधुनिक ट्रैकिंग और आधुनिक गुरुत्व मॉडलों से गुज़ारिए — और यह प्रभाव लगभग ग़ायब हो जाता है। MESSENGER का 2005 का पृथ्वी-पास महज़ 0.02 mm/s निकला। Rosetta की 2007 और 2009 की दूसरी और तीसरी पृथ्वी-यात्राओं ने कुछ ख़ास नहीं दिखाया, चाहे Anderson का अपना सूत्र कुछ और ही कहता था (multivariate analysis, arXiv preprint, 2017)।

फिर आया असली इम्तिहान। अक्टूबर 2013: NASA का Juno यान बृहस्पति की राह पर पृथ्वी के पास से गुज़रा, और सब की निगाहें उस पर थीं। पहले से भौतिकशास्त्री Stephen Adler ने चेताया था कि अगर कुछ नई-भौतिकी के विचारों में दम है, तो Juno को लगभग 11.6 mm/s का "बड़ा anomaly" दिखाना चाहिए। इसके बजाय Juno ने मुलाक़ात लगभग ठीक अनुमान के मुताबिक़ पूरी की। मापा गया anomaly शून्य के बराबर निकला — लगभग 0 ± 0.8 mm/s (Universe Today coverage; ESA Rocket Science blog, 2013)। उस शांत null result ने कई अजीब व्याख्याएँ मेज़ से उड़ा दीं — जिसमें वो रोंगटे खड़े करने वाला विचार भी शामिल था कि पृथ्वी के चारों ओर लिपटे dark matter का एक घेरा गुज़रते यानों को खींच रहा है।

तो असली पहेली दो हिस्सों में बँट जाती है। शुरुआती flybys — Galileo और NEAR — ने साफ़ anomalies क्यों दिखाए जो एक सूत्र में फिट बैठे? और बाद के, संभवतः बेहतर मापे गए यानों ने कुछ क्यों नहीं दिखाया? शायद पुराने संकेत सिर्फ 1990 के दशक की मॉडलिंग के भूत थे जिन्हें नए तरीकों ने चुपचाप भगा दिया। या शायद कोई सूक्ष्म प्रभाव है जो केवल उन परिस्थितियों में जागता है जो हालिया flybys में कभी बनी ही नहीं। हर हाल में, मामला अभी खुला है।

संदिग्ध कौन?

नीचे हैं सबसे चर्चित व्याख्याएँ — उबाऊ से लेकर जंगली तक। कोई भी पक्की नहीं। कई तो उन null results की चोट पहले ही खा चुकी हैं।

उबाऊ-लेकिन-संभावित खेमा (और बहुत-से विशेषज्ञ यहीं झुकते हैं)। सबसे मज़बूत दाँव: शुरुआती anomalies कभी असली भौतिकी थी ही नहीं — बस मॉडलिंग और माप की ग़लतियाँ थीं। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि गणित को पृथ्वी के गुरुत्व क्षेत्र का बहुत मोटा नक्शा देना, या ट्रैकिंग नेटवर्क से गुज़रते रेडियो सिग्नलों का हिसाब ग़लत लगाना, कुछ mm/s की नकली वेग-त्रुटियाँ पैदा कर सकता है (Juno flyby analysis, arXiv, 2013)। Adler ख़ुद भी यह नहीं छुपाते। पुराने anomalies "साधारण यंत्र-संबंधी त्रुटियाँ हो सकती हैं," उन्होंने Vice को बताया, और जोड़ा कि वे "आश्वस्त नहीं हैं कि इसमें असली भौतिकी है" (Vice, 2020)। और जिस तरह ट्रैकिंग तकनीक तेज़ होती गई, anomaly फीका पड़ता गया — यह कहानी उस व्याख्या में थोड़ी ज़्यादा ही अच्छी तरह फिट बैठती है।

सूक्ष्म-ज्ञात-भौतिकी खेमा। कुछ शोधकर्ता सोचते हैं कि गुनाहगार स्थापित भौतिकी का कोई छोटा-सा टुकड़ा है जिसे ठीक से नहीं संभाला गया — मसलन, frame-dragging जैसा कोई अनदेखा सापेक्षवादी प्रभाव (पृथ्वी का घूमना अपने चारों ओर के spacetime को सचमुच मरोड़ता है), या radio signal के Doppler shift की गणना में कोई नज़रअंदाज़ की गई झुर्री। दिलचस्प सुराग। अभी तक इनमें से कोई भी हर flyby पर साफ़ तरीके से लागू नहीं होता।

नई-भौतिकी खेमा (खुली तौर पर अटकलें)। कुछ भौतिकशास्त्री सच में अजीब विचारों तक पहुँचे। लिस्बन विश्वविद्यालय के Mario Pinheiro ने एक "topological torsion current" — एक ऐसी शक्ति जिसे पहले किसी ने नहीं पहचाना था — का प्रस्ताव रखा, जबकि स्पेन की University of Extremadura के Luis Acedo ने general relativity के उन संस्करणों पर काम किया जो torsion से spacetime को मोड़ते हैं (Vice, 2020)। इनके लेखक ख़ुद मानते हैं कि ये अंधेरे में तीर हैं, और Juno के सपाट नतीजे ने सबसे साहसी संस्करणों का बचाव और मुश्किल कर दिया है।

flyby anomaly को इतना संतोषजनक पहेली बनाती है इसकी ईमानदारी। कोई धुंधली तस्वीर नहीं। कोई "किसी के दोस्त ने सुना" वाली कहानी नहीं। बस अंतरिक्षयात्रा की सबसे बारीकी से रखी गई लॉगबुक में कुछ संख्याएँ — जो ज़्यादातर सिद्धांत से मेल खाती हैं, सिवाय मुट्ठीभर ज़िद्दी मिलीमीटर-प्रति-सेकंड के जो अभी तक समझाई नहीं जा सकीं। उन्हीं लॉगबुकों में शायद जवाब पहले से लिखा है। हम उसे अभी पढ़ नहीं पा रहे।

स्रोत और आगे पढ़ें

• Anderson, J. D., et al. (2008). "Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth." Physical Review Letters 100, 091102. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008PhRvL.100i1102A
• "Fly-by anomaly." Wikipedia (मापे गए वेग-परिवर्तनों और प्रस्तावित व्याख्याओं की डेटा तालिका). https://en.wikipedia.org/wiki/Fly-by_anomaly
• Acedo, L., et al. (2017). "The flyby anomaly: A multivariate analysis approach" (preprint). arXiv:1701.05735. https://arxiv.org/pdf/1701.05735
• "Expected velocity anomaly for the Earth flyby of Juno spacecraft on October 9, 2013" (preprint). arXiv:1312.1139. https://arxiv.org/abs/1312.1139
• ESA Rocket Science blog (2013). "Tonight's Juno flyby may help unravel a cosmic mystery." https://blogs.esa.int/rocketscience/2013/10/09/tonights-juno-flyby-may-help-unravel-a-cosmic-mystery/
• Universe Today. "Juno Isn't Exactly Where it's Supposed To Be. The Flyby Anomaly is Back." https://www.universetoday.com/articles/juno-isnt-exactly-supposed-flyby-anomaly-back-happen
• Vice (2020). "A Bizarre Spacecraft 'Flyby Anomaly' Has Been Baffling Scientists for 30 Years." https://www.vice.com/en/article/a-bizarre-spacecraft-flyby-anomaly-has-been-baffling-scientists-for-30-years/
• IFLScience. "Flyby Anomaly: The Unexplained Phenomenon Affecting Several NASA Spacecraft." https://www.iflscience.com/flyby-anomaly-the-unexplained-phenomenon-affecting-several-nasa-spacecraft-76014