Jak znaleźć drogę w kosmosie?

Przestrzeń kosmiczna jest długa i szeroka, dlatego poruszanie się w niej wymaga nie lada orientacji. Właśnie dlatego sondy i statki potrzebują niezawodnych systemów nawigacyjnych, a niedawno zaproponowana metoda wykorzystuje pary gwiazd, aby zapewnić galaktyczny układ odniesienia.

Na terenie Układu Słonecznego międzyplanetarne statki kosmiczne polegają na ziemskich systemach nawigacji. Kiedy wysyłamy sygnał radiowy do statku, a on odpowiada, możemy wykorzystać opóźnienie czasowe, aby obliczyć dzielącą nas odległość. Naukowcy mogą również monitorować statek kosmiczny na niebie i łącząc te informacje, czyli pozycję oraz odległość, są w stanie określić położenie statku kosmicznego w Układzie Słonecznym. Kolejnym krokiem jest przekazanie tych informacji do samego pojazdu.

Problem w tym, że przytoczona metoda w zasadzie przestaje być użyteczna, kiedy mówimy o lotach międzygwiezdnych. W takim przypadku statki będą bowiem potrzebowały autonomicznego sterowania i nawigowania. Oczywiście mogłyby one używać mechanizmów pokładowych, takich jak zegary i żyroskopy, ale misje międzygwiezdne będą trwały przez co najmniej dekady, więc nawet najmniejsze nieścisłości mogą doprowadzić do poważnego zboczenia z kursu.

Nawigowanie w kosmosie jest niełatwe, a każda znana metoda ma pewne wady

Istnieje również możliwość wykorzystania pulsarów, które obracają się z ogromną prędkością. Jako że każdy pulsar ma unikalny okres rotacji, obiekty te mogą służyć jako swego rodzaju kosmiczne latarnie morskie. Niestety, takie rozwiązanie zadziała w stosunkowo niewielkiej odległości od Słońca, ponieważ pomiary okresu rotacji pulsarów mogą zostać zakłamane przez obecność pył międzygwiezdnego.

Jak widać, żadne z przytoczonych rozwiązań nie jest pozbawione wad. Nowo opisana metoda korzysta z paralaksy, a dokładniej rzecz biorąc – z absolutnej wielkości gwiazdowej. Umieszczając palec tuż przed nosem i zamykając naprzemiennie oczy, odniesiemy wrażenie, że się on przemieszcza. Ten pozorny ruch będzie jednak następstwem zmiany perspektywy. To samo, choć na znacznie większą skalę, może mieć miejsce, gdy spojrzymy na odległe gwiazdy.

Zanim statek wystartuje, zostanie mu wgrana aktualna mapa zawierająca lokalizacje znanych nauce gwiazd. Gdy będzie się on oddalał od Układu Słonecznego, rozpocznie się mierzenie względnych odległości pomiędzy różnymi gwiazdami. Te znajdujące się bliżej statku kosmicznego będą wydawały się przesuwać szybciej, podczas gdy te bardziej odległe pozostaną niemal w bezruchu. Biorąc pod uwagę wiele par gwiazd i porównując pomiary z oryginalną mapą, statek kosmiczny będzie w stanie określić swoją pozycję w przestrzeni.

Naukowcy twierdzą, że jeśli statek kosmiczny może zmierzyć pozycje 20 gwiazd z dokładnością do 1 sekundy kątowej, to będzie w stanie określić swoją pozycję w galaktyce z dokładnością do 3 jednostek astronomicznych i prędkość z dokładnością do 2 kilometrów na sekundę. Przypominamy, że jedna jednostka astronomiczna jest równa średniej odległości między Ziemią a Słońcem, czyli ok. 150 mln kilometrów.