Predstavljajte si prizor: to je ne tako oddaljena prihodnost in človeštvo je začelo graditi kolonije in habitate po vsem našem sončnem sistemu. Pripravljamo se, da naredimo naslednji velik korak v neznano – pravzaprav zapustimo prijetno zaščito Sonca heliosfera in se podali v medzvezdni prostor. Preden se ta prihodnost zgodi, pa obstaja pomembna stvar, ki je v razpravah o tej temi pogosto spregledana.
Navigacija.
Tako kot so mornarji nekoč uporabljali zvezde za navigacijo po morju, lahko vesoljski popotniki uporabljajo zvezde za navigacijo po sončnem sistemu. Le da bodo tokrat zvezde, ki jih bomo uporabili, mrtve. Specifičen razred nevtronske zvezde poznan kot pulzarji , ki ga določajo ponavljajoči se impulzi sevanja, ki jih oddajajo. Trik, glede na nedavni dokument, je lahko uporaba pulsarjev kot oblike medplanetarnega – in morda celo medzvezdnega – GPS.
Teorij in idej o motorjih vesoljskih plovil je veliko. Fundacije kot npr Icarus Interstellar močno zagovarjajo razvoj novih pogonskih sistemov, z nekaterimi sistemi, kot je npr VASIMR potisniki se zdijo precej obetavni. Medtem naj bi fuzijske rakete lahko prevzele potnike na a povratno potovanje od Zemlje do Marsa v samo 30 dneh , raziskovalci drugod pa so delo na dejanskih warp pogonih , ki ni drugačen od tistih, ki jih vsi poznamo in imamo radi iz filmov.
Medplanetarni GPS
Za Voyager 2, ki je na robu našega sončnega sistema, običajne navigacijske metode ne delujejo preveč dobro. Zasluge: NASA
Toda navigacija je prav tako pomembna. Konec koncev je prostor neverjetno ogromen in večinoma prazen. Možnost, da se izgubite v praznini, je, odkrito povedano, grozljiva.
Do danes to v resnici ni bil problem, zlasti glede na to, da smo mimo Marsa poslali le majhno peščico plovil. Kot rezultat, trenutno uporabljamo neurejeno mešanico tehnik za sledenje vesoljskim plovilom od tu na Zemlji – v bistvu jim sledimo s teleskopi, medtem ko se močno zanašamo na njihovo načrtovano pot. To je tudi tako natančno, kolikor so natančni naši instrumenti tukaj na Zemlji, kar pomeni, da ko se plovilo oddalji, postaja naša predstava o tem, kje točno je, vse manj natančna.
To je vse v redu, ko imamo le nekaj plovil za sledenje, a ko bo potovanje v vesolje postalo lažje dosegljivo in bodo vključeni človeški potniki, bo usmerjanje vsega skozi Zemljo postalo vse težje. To še posebej velja, če nameravamo zapustiti meje domače zvezde - Potovanje 2 je trenutno oddaljena več kot 14 svetlobnih ur, kar pomeni, da zemeljski prenosi potrebujejo več kot pol dneva, da ga dosežejo.
Navigacija po Zemlji s sodobno tehnologijo je precej preprosta zaradi vrste satelitov GPS, ki jih imamo v orbiti okoli našega sveta. Ti sateliti nenehno prenašajo signale, ki jih po drugi strani sprejema enota GPS, ki jo morda imate na armaturni plošči avtomobila ali v žepu. Tako kot pri vseh drugih elektromagnetnih prenosih tudi ti signali potujejo s svetlobno hitrostjo, kar daje rahlo zamudo med tem, kdaj so bili oddani in ko so bili sprejeti. Z uporabo signalov iz 4 ali več satelitov in določanjem časa teh zamud lahko enota GPS natančno določi vašo lokacijo na površini Zemlje z izjemno natančnostjo.
Zvezdna ladja Icarus Pathfinder, ki gre mimo Neptuna. Zasluge: Adrian Mann
Navigacijski sistem pulsar, ki so ga predlagali Werner Becker, Mike Bernhardt in Axel Jessner na Inštitut Max Planck , deluje na zelo podoben način z uporabo impulzov, ki jih oddajajo pulzarji. Če poznate začetni položaj in hitrost vašega vesoljskega plovila, zabeležite te impulze in obravnavate Sonce kot fiksno referenčno točko, lahko izračunate svojo natančno lokacijo znotraj sončnega sistema.
Glede na to, da je Sonce pritrjeno na ta način, se tehnično imenuje inercialni referenčni okvir, in če kompenzirate gibanje Sonca skozi našo galaksijo, sistem še vedno deluje popolnoma dobro, ko zapustite Osončje! Vse, kar potrebujete, je, da spremljate najmanj 3 pulzarje (v idealnem primeru 10, za najbolj natančne rezultate) in lahko natančno določite svojo lokacijo s presenetljivo natančnostjo!
Zanimivo je, da ideja o uporabi pulsarjev kot navigacijskih svetilnikov sega vse do leta 1974, predvsem ne dolgo po tem, ko je Carl Sagan uporabil pulsarje za prikaz lokacije Zemlje na plošče, pritrjene na vesoljski sondi Pioneer 10 in 11 . Če Projekt Daedalus če bi bil kdaj zgrajen, bi bil morda opremljen s sistemom, ki ni drugačen od tega, ki je opisan tukaj.
Pakiranje za dolge razdalje
Becker in njegovi sodelavci so si ogledali različne vrste pulsarjev, vidnih na nebu, in izbrali vrsto, znano kot pulzarji z rotacijskim pogonom, kot najboljši tip za uporabo za galaktični sistem pozicioniranja. Zlasti podvrsta teh, znana kot milisekundni pulsarji, je idealna. Ker so starejši od večine pulsarjev, imajo šibka magnetna polja, kar pomeni, da potrebujejo veliko časa, da upočasnijo hitrost vrtenja – kar je koristno, saj lahko močno magnetizirani pulsarji včasih spremenijo hitrost vrtenja brez opozorila .
Rentgenska slika pulzarja Vela, enega najsvetlejših znanih milisekundnih pulsarjev. Zasluge: NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.
Z neštetimi pulsarji, med katerimi lahko izbirate, se vprašanje obrne na to, kako bi lahko svoje vesoljsko plovilo opremili za njihovo sledenje. Pulsarje je najlažje opaziti na rentgenskih ali radijskih valovih, zato je na voljo majhna izbira, kaj bi bilo bolje uporabiti. V bistvu se izkaže, da je vse vprašanje, kako veliko je vaše vesoljsko plovilo.
Manjša vozila, bolj podobna sodobnim vesoljskim plovilom, bi bilo najbolje uporabiti rentgenske žarke za sledenje pulsarjev. Rentgenska ogledala, kot so tista, ki se uporabljajo v določenih orbitalnih vesoljskih teleskopi, so kompaktna in lahka, kar pomeni, da bi jih lahko dodali nekaj za navigacijski sistem, ne da bi tako močno povečali celotno maso plovila. Imajo lahko manjšo pomanjkljivost, da jih lahko zlahka poškoduje presvetel vir rentgenskih žarkov, to ne bi bil problem, razen v nekaterih nesrečnih okoliščinah.
Po drugi strani pa, če pilotirate veliko vesoljsko ladjo med planeti ali celo zvezdami, bi verjetno bolje uporabljali radijske valove. Pri radijskih frekvencah vemo veliko več o tem, kako delujejo pulzarji, pa tudi o tem, da jih lahko merimo z višjo stopnjo natančnosti. Edina pomanjkljivost je, da bi radijski teleskopi, ki bi jih morali namestiti na svojo ladjo, zahtevali površino vsaj 150 m². Ampak potem, če bi slučajno letel z ladjo, takšna velikost verjetno ne bi imela velike razlike.
Zanimivo je upoštevati, kako astronomi pogosto uporabljajo analogijo s tem, da so pulsarji 'kot svetilniki', ko razlagajo, zakaj se zdi, da utripajo. Če jih bomo nekega dne uporabljali kot dejanske navigacijske pripomočke, bo ta analogija lahko dobila povsem nov pomen!
Prispevek ekipe si lahko preberete tukaj.
Icarus Starfinder, prikazan zapušča sončni sistem. Ladje, kot je ta, so lahko opremljene z navigacijskim sistemom pulsar. Zasluge: Adrian Mann
Slike se tukaj uporabljajo s prijaznim dovoljenjem Adrian Mann od Icarus Interstellar , katerega celotno galerijo si lahko ogledate na spletu bisbos.com