Wyobraź sobie scenę: to niezbyt odległa przyszłość, a ludzkość zaczęła budować kolonie i siedliska w całym naszym Układzie Słonecznym. Przygotowujemy się na kolejny krok w nieznane - pozostawiając przytulną ochronę heliosfery Słońca i zapuszczając się w przestrzeń międzygwiezdną. Jednak zanim ta przyszłość może się zdarzyć, jest ważna rzecz, która jest często pomijana w dyskusjach na ten temat.
Nawigacja.
Tak jak żeglarze kiedyś używali gwiazd do żeglugi po morzu, podróżnicy kosmiczni mogą być w stanie używać gwiazd do nawigacji w Układzie Słonecznym. Tyle że tym razem gwiazdy, których użyjemy, będą martwe. Specyficzna klasa gwiazd neutronowych znana jako pulsary, zdefiniowana przez powtarzające się impulsy promieniowania, które emitują. Sztuczka, zgodnie z najnowszym artykułem, może polegać na użyciu pulsarów jako formy międzyplanetarnego - a być może nawet międzygwiezdnego - GPS.
Teorie i pomysły dotyczące silników statków kosmicznych są liczne. Fundacje takie jak Icarus Interstellar zdecydowanie opowiadają się za rozwojem nowych układów napędowych, przy czym niektóre systemy, takie jak pędniki VASIMR, wydają się raczej obiecujące. Tymczasem rakiety termojądrowe będą w stanie zabrać pasażerów w obie strony z Ziemi na Marsa w zaledwie 30 dni, a badacze gdzie indziej pracują nad napędami warp w prawdziwym życiu, podobnie jak te, które wszyscy znamy i uwielbiamy z filmów.
Międzyplanetarny GPS
Ale nawigacja jest równie ważna. W końcu przestrzeń jest niesamowicie rozległa i w większości pusta. Perspektywa zagubienia się w pustce jest, szczerze mówiąc, przerażająca.
Do tej pory nie był to naprawdę problem, zwłaszcza że wysłaliśmy tylko niewielką garść statków poza Marsa. W rezultacie używamy obecnie chaotycznego mieszania technik, aby śledzić statki kosmiczne stąd na Ziemi - zasadniczo śledząc je za pomocą teleskopów, w dużym stopniu polegając na ich planowanej trajektorii. Jest to również tak dokładne, jak nasze instrumenty tutaj na Ziemi, co oznacza, że w miarę jak statek staje się coraz bardziej oddalony, nasze wyobrażenie o tym, gdzie dokładnie jest, staje się coraz mniej dokładne.
Wszystko to dobrze, gdy mamy tylko kilka jednostek do wyśledzenia, ale kiedy podróże kosmiczne stają się łatwiej osiągalne i zaangażowani są pasażerowie, przekierowanie wszystkiego przez Ziemię będzie coraz trudniejsze. Jest tak szczególnie w przypadku, gdy planujemy opuścić granice naszej macierzystej gwiazdy - Voyager 2 znajduje się obecnie w odległości ponad 14 godzin świetlnych, co oznacza, że transmisje ziemskie potrzebują ponad pół dnia, aby ją osiągnąć.
Nawigowanie po Ziemi za pomocą nowoczesnej technologii jest dość proste dzięki szeregowi satelitów GPS, które mamy na orbicie wokół naszego świata. Te satelity stale przekazują sygnały, które z kolei są odbierane przez moduł GPS, który możesz mieć na desce rozdzielczej samochodu lub w kieszeni. Podobnie jak w przypadku wszystkich innych transmisji elektromagnetycznych, sygnały te przemieszczają się z prędkością światła, dając niewielkie opóźnienie między momentem ich nadania a momentem ich otrzymania. Wykorzystując sygnały z 4 lub więcej satelitów i mierząc te opóźnienia, urządzenie GPS może z niezwykłą dokładnością wskazać Twoją lokalizację na powierzchni Ziemi.
System nawigacji pulsarowej zaproponowany przez Wernera Beckera, Mike'a Bernhardta i Axela Jessnera z Instytutu Maxa Plancka działa w bardzo podobny sposób, wykorzystując impulsy emitowane przez pulsary. Znając początkową pozycję i prędkość statku kosmicznego, rejestrując te impulsy i traktując Słońce jako stały punkt odniesienia, możesz obliczyć dokładną lokalizację wewnątrz Układu Słonecznego.
Biorąc pod uwagę, że Słońce, które ma być naprawione w ten sposób, jest technicznie nazywane inercyjną ramą odniesienia, a jeśli kompensujesz ruch Słońca przez naszą galaktykę, system nadal działa doskonale dobrze, gdy opuszcza Układ Słoneczny! Wystarczy śledzić co najmniej 3 pulsary (najlepiej 10, aby uzyskać najdokładniejsze wyniki), a możesz określić swoją lokalizację z zaskakującą dokładnością!
Co ciekawe, pomysł użycia pulsarów jako sygnałów nawigacyjnych sięga 1974 roku, zwłaszcza niedługo po tym, jak Carl Sagan użył pulsarów do pokazania położenia Ziemi na tablicach dołączonych do sond kosmicznych Pioneer 10 i 11. Gdyby Projekt Daedalus kiedykolwiek został zbudowany, mógłby być wyposażony w system podobny do opisanego tutaj.
Pakowanie na duże odległości
Becker i jego koledzy przyjrzeli się różnym typom pulsarów widocznych na niebie i wybrali typ znany jako pulsary napędzane obrotem jako najlepszy typ do zastosowania w galaktycznym systemie pozycjonowania. W szczególności idealny jest ich podtyp znany jako pulsary milisekundowe. Będąc starsze niż większość pulsarów mają słabe pola magnetyczne, co oznacza, że spowolnienie ich prędkości wirowania zajmuje dużo czasu - pomocne, ponieważ silnie namagnesowane pulsary mogą czasami zmieniać prędkość obrotową bez ostrzeżenia.
Przy niezliczonych pulsarach do wyboru, pytanie dotyczy tego, w jaki sposób możesz wyposażyć swój statek kosmiczny w ich śledzenie. Pulsary najłatwiej jest wykryć w promieniach rentgenowskich lub falach radiowych, więc istnieje mały wybór, który z nich może być lepszy. Zasadniczo wszystko okazuje się kwestią tego, jak duży jest twój statek kosmiczny.
Mniejsze pojazdy, bardziej zbliżone do współczesnego statku kosmicznego, najlepiej byłoby użyć promieniowania rentgenowskiego do śledzenia pulsarów. Zwierciadła rentgenowskie, takie jak te stosowane w niektórych orbitujących teleskopach kosmicznych, są kompaktowe i lekkie, co oznacza, że kilka można dodać do systemu nawigacji bez zwiększania ogólnej masy statku. Mogą mieć niewielką wadę, ponieważ mogą zostać łatwo uszkodzone przez zbyt jasne źródło promieniowania rentgenowskiego, nie byłoby to problemem, z wyjątkiem pewnych niefortunnych okoliczności.
Z drugiej strony, jeśli pilotujesz duży statek kosmiczny między planetami lub nawet gwiazdami, prawdopodobnie lepiej byłoby użyć fal radiowych. W przypadku częstotliwości radiowych wiemy znacznie więcej o sposobie działania pulsarów, a także o możliwości ich pomiaru z większą dokładnością. Jedyną wadą jest to, że teleskopy radiowe, które trzeba zainstalować na statku, wymagają powierzchni co najmniej 150 m². Ale jeśli zdarzyło ci się latać statkiem kosmicznym, ten rozmiar prawdopodobnie nie miałby większego znaczenia.
Warto pamiętać, że podczas wyjaśniania przyczyn pulsowania astronomowie często używają analogii pulsarów, które są „jak latarnie morskie”. Jeśli kiedyś okaże się, że używamy ich jako rzeczywistych pomocy nawigacyjnych, analogia ta może nabrać zupełnie nowego znaczenia!
Wykorzystano tu zdjęcia za uprzejmą zgodą Adriana Manna z Icarus Interstellar, którego pełną galerię można obejrzeć online na bisbos.com
