Художник изображает зонд «Вояджер», входящий в межзвездное пространство. (Изображение предоставлено NASA/JPL)
Космос безгранично огромен, и, если вы хотите успешно перемещаться в межзвездных глубинах нашей галактики Млечный Путь, вам понадобится какая-то надежная система. В новом предложении делается попытка сделать метод как можно более простым: использование пары звезд может обеспечить галактическую систему отсчета.
В нашей Солнечной системе межпланетные космические корабли используют для навигации наземные системы. Когда мы посылаем радиосигнал космическому кораблю, и он отвечает, мы можем использовать задержку ответа, чтобы вычислить расстояние. Мы также можем отслеживать космический корабль в небе, и, объединив всю эту информацию (положение в небе и расстояние от Земли), мы можем точно определить местоположение космического корабля в солнечной системе и предоставить эту информацию самому космическому кораблю.
Мы также можем использовать доплеровский сдвиг этих радиоволн, чтобы оценить скорость, с которой космический корабль удаляется от Земли. Используя тарелки, разбросанные по нашей планете, мы можем измерить задержку сигнала космического корабля, достигающего одной тарелки, по сравнению с другой. Когда мы объединяем эти данные с информацией о местоположении, мы получаем полную шестимерную фиксацию космического корабля: его три измерения положения и три измерения скорости.
Этот метод основан на сети наземных радиолокационных систем, постоянно поддерживающих связь с космическим кораблем. Этот метод работает для космических аппаратов в пределах Солнечной системы и, едва ли, для двух зондов NASA «Вояджер».
Но любые межзвездные миссии потребуют нового подхода: они должны будут перемещаться автономно. В принципе, эти космические корабли могут использовать бортовые системы, такие как часы и гироскопы, но межзвездные миссии продлятся как минимум десятилетия, а крошечные ошибки и неопределенности в этих бортовых системах, несомненно, заставят космический корабль сбиться с курса.
Также есть возможность использовать пульсары, вращающиеся объекты, которые мерцают или пульсируют через равные промежутки времени. Поскольку каждый пульсар имеет уникальный период вращения, эти объекты могут служить надежными маяками для миссий в дальний космос. Но это работает только в пределах относительно небольшого пузыря около нашей Солнечной системы, потому что измерения периода вращения могут быть загрязнены межзвездной пылью, и как только вы потеряете понимание, какой пульсар какой, вы потерялись.
Вторая звезда справа
Поэтому межзвездным космическим кораблям нужен простой и надежный метод оценки их положения в галактике. В новом документе, недавно опубликованном на сервере препринтов arXiv.org, предлагается такое решение: сами звезды. (1)
Техника основана на очень старой концепции: параллакс. Если вы выставите палец перед носом и поочередно закроете глаза, ваш палец будет сдвигаться. Изменение его видимого положения происходит с новой точки зрения, когда вы переключаетесь с глаза на глаз. Если вы проделаете то же самое упражнение, глядя на удаленный объект, будет казаться, что этот объект меньше сдвигается.
Именно с помощью параллакса ученые впервые смогли измерить расстояние до звезд, и именно с помощью параллакса космический корабль, блуждающий вдали от дома, может ориентироваться. Перед запуском мы загружаем в космический корабль точную карту всех известных звезд в окрестностях нашей Галактики. Затем, когда корабль удаляется от Солнечной системы, он измеряет относительные расстояния между несколькими парами звезд. По мере движения звезды, расположенные ближе к космическому кораблю, по-видимому, значительно смещаются, в то время как более далекие звезды остаются относительно неподвижными.
Измеряя несколько пар звезд и сравнивая измерения с исходным каталогом на Земле, космический аппарат может определить, какие звезды какие и как далеко они находятся от этих звезд, что дает космическому кораблю точное трехмерное положение в галактике.
Относительный эффект
Получить скорость космического корабля немного сложнее, и это зависит от странной особенности специальной теории относительности. Из-за ограниченности скорости света, если вы двигаетесь достаточно быстро, объекты могут оказаться не в тех местах, чем они есть на самом деле. В частности, положение объекта будет казаться смещенным в направлении вашего движения. Эффект называется аберрацией, и его можно измерить с Земли: когда наша планета вращается вокруг Солнца, кажется, что звезды мягко раскачиваются взад и вперед в небе.
Пока космический корабль движется достаточно быстро (а если мы хотим, чтобы межзвездная миссия длилась десятилетия, а не тысячелетия, это необходимо), бортовые системы смогут измерить эту аберрацию. Отметив, какие звезды смещены от ожидаемого положения и на сколько, космический корабль может рассчитать свою трехмерную скорость.
После измерения параллакса космический аппарат может восстановить свои полные шестимерные координаты в галактике; он знает, где он и куда направляется.
Насколько точна эта техника? Согласно статье, если космический аппарат может измерить положение всего 20 звезд с точностью до 1 угловой секунды (угловая секунда составляет 1/60 угловой минуты, что само по себе составляет 1/60 градуса), он может определить свое положение в галактике с точностью до 3 астрономических единиц (а.е.) и его скорость с точностью до 2 километров в секунду. Одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем – примерно 150 миллионов км, – поэтому 3 а.е. равняются примерно 450 миллионов км. Звучит много, но это мелочь по сравнению с тысячами а.е. между звездами.
У нас есть точные координаты более чем 20 звезд, поэтому мы можем загрузить в космический корабль каталог из сотен миллионов звезд для использования в его путешествии. Каждая из них, которую может измерить космический корабль, поможет определить его местоположение с еще большей точностью.
Теперь все, что нам нужно, это межзвездный космический корабль.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
