物理學中最令人著迷的謎團之一是“先鋒者異常”，即兩個航天器被一股未知力量減速。美國國家航空航天局分別於1972年和1973年發射了先鋒者10號和11號，這兩個航天器傳回了令人驚歎的木星和土星影像。但是，隨著這兩個航天器以大約每小時27,000英里的速度繼續航行，加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進實驗室的天文學家約翰·安德森注意到早在1980年的遙測資料中就存在異常。透過持續分析，研究人員確定航天器一直在以恆定速率減速：每年它們都比計算位置少了8,000英里。這種奇怪的行為引發了幾種理論，但資料的缺乏使得篩選這些想法變得困難。現在，一項分析早期遙測資料的提議可能真正指向正確的解釋。
最明顯的理論是航天器本身上的某些東西產生了制動力——可能是氣體洩漏或熱輻射。然而，多年來，研究人員越來越認為這種假設不太可能，一些物理學家開始探索牛頓定律和相對論中可能存在的缺陷。其他人則認為暗物質是罪魁禍首：它可能會施加引力或阻力。第三種理論認為，光速存在微小的加速度，這可能會導致探測器正在減速的假象：如果光傳播得更快，遙測訊號到達得更快，航天器似乎更近了。
安德森和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的理論家邁克爾·M·涅託提出了一個篩選這些想法的方法，他們注意到一個有趣的現象，即對於每種理論，異常力的方向都應該不同。如果力指向太陽，那麼它應該是引力效應。如果它指向地球，那麼它應該是與光速相關的異常。如果它指向運動方向，那麼它應該是阻力或慣性的修改。最後，如果它指向探測器的自旋軸，那麼它應該表明是由航天器產生的力。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞事業，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
但是，確定力的方向意味著研究先鋒者號航天器距離小於20個天文單位（1個天文單位等於地球和太陽之間的距離）時的遙測資料。在這個距離內，直到天王星軌道附近，太陽、地球和航天器運動之間的角度都足夠大。然而，到目前為止，調查人員主要分析了覆蓋超過20個天文單位（到目前為止達到70個天文單位——先鋒者10號的最後一次有用傳輸發生在2002年的80個天文單位）的遙測資料。專家們一直沒有費心詳細研究更近距離的資料，因為他們認為太陽的輻射壓力和多次飛行機動會使得測量異常變得困難。
涅託和安德森堅持認為，應該有可能修正這些因素並確定異常力的方向，尤其是在先鋒者11號在木星和土星之間的軌跡中。在那時，它的運動方向幾乎與太陽和地球的方向成直角，因此任何指向太陽或地球的力都會被探測器的橫向位移所注意到。粗略的測量似乎表明，這種異常早在10個天文單位時就已存在，涅託說。先鋒者任務早期的遙測資料是可用的，因此分析“相對來說是一件廉價的事情，至少它會給我們提供更多資訊，也許還會給出一些指示”，他評論道。
特別是如果神秘的力量指向太陽，那麼解釋可能是對牛頓動力學的偏離——稱為修正的牛頓動力學，或MOND——最初提出這個想法是為了解釋為什麼旋轉星系不會分崩離析。暗物質可能會修改引力，儘管作為一種替代方案，以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的摩德海·米爾格羅姆提出了引力的一個額外組成部分，該組成部分應該出現在較遠的距離上。在任何情況下，MOND都已成為解決異常問題的一種更流行的方法。耶路撒冷希伯來大學的雅各布·D·貝肯斯坦將MOND的相對論理論應用於太陽系，發現先鋒者異常“在數量級上大致正確”，可以歸入MOND。