Gdy już wyruszymy do innych gwiazd nawigacja będzie koszmarem
Astronomowie regularnie kontaktują się z sondami kosmicznymi rozsianymi po całym układzie Słonecznym. Nawet z sondami Voyager znajdującymi się już za heliopauzą, wciąż utrzymujemy kontakt i doskonale wiemy, gdzie one się znajdują. Problemy jednak pojawią się, gdy wyślemy cokolwiek w kierunku innych gwiazd.
Gdzie tu problem?
W połowie lutego gdy na Marsie lądował łazik Perseverance, sygnał przesyłany przez niego na Ziemię potrzebował 11 minut, aby z prędkością światła dotrzeć na Ziemię. Gdy wysyłamy nowe komendy do sondy Voyager 2, sygnał leci już 18 godzin. Im dalej sonda znajdzie się od Ziemi, tym większe będzie opóźnienie w komunikacji. W takiej sytuacji nawigowanie sondą staje się jednak - delikatnie mówiąc - niewygodne, choć wciąż wykonalne.
Sytuacja jednak znacząco się zmieni gdy wyślemy jakąkolwiek sondę, nie mówiąc już (a co tam!) o statku międzygwiezdnym, chociażby do najbliższej gwiazdy - Proximy Centauri.
Po pierwsze, sygnał będzie już zbyt słaby, aby zagwarantować stałą komunikację, a po drugie - opóźnienie będzie już znaczące.
Do najbliższej gwiazdy mamy 4,26 roku świetlnego. Po pokonaniu 1/4 tej odległości sygnał ze statku/sondy będzie potrzebował ponad roku, aby dotrzeć na Ziemię. Odpowiedź na ten sygnał będzie potrzebował takiego samego czasu. Nawigacja prowadzona z Ziemi będzie w tej sytuacji mocno utrudniona.
Jak samodzielnie manewrować między gwiazdami?
Naukowcy postanowili sprawdzić, czy w przestrzeni kosmicznej sonda/statek będzie w stanie autonomicznie określać swoje położenie w przestrzeni i nawigować między gwiazdami. Jakby nie patrzeć instrumenty obserwacyjne znajdujące się na pokładzie sondy będą widziały gwiazdy już z innego miejsca w przestrzeni. Zważając na fakt, że gwiazdy znajdują się w przestrzeni trójwymiarowej i co więcej, nie są nieruchome, stworzone na Ziemi mapy nieba będą, delikatnie mówiąc, mało przydatne do nawigacji.
Coryn Bailer-Jones z Instytutu Maxa Plancka opracował symulację, która pozwoliła potwierdzić, że sonda czy też międzygwiezdny statek kosmiczny poruszający się w przestrzeni kosmicznej z prędkościami relatywistycznymi będzie w stanie kontrolować swoje położenie w sześciu wymiarach - trzech wymiarach przestrzennych i trzech prędkości - analizując w jaki sposób zmienia się położenie gwiazd z punktu widzenia sondy.
Oddalając się od Słońca, obserwator znajdujący się na pokładzie statku kosmicznego zauważy, że w jego otoczeniu zmienia się także położenie i prędkość gwiazd. Zmiany te będą inne niż dla obserwatora znajdującego się na Ziemi, chociażby ze względu na paralaksę, aberrację i przesunięcie dopplerowskie.
Iteracyjna metoda modelowania pozwala jednak określać położenie statku w przestrzeni na podstawie pomiarów kątowych odległości między parami gwiazd i porównywania ich do danych katalogowych.
- mówi Bailer-Jones.
Aktualnie najlepszą trójwymiarową mapę naszego otoczenia gwiezdnego tworzy satelita Gaia, mierząc położenie i ruch ponad miliarda gwiazd w naszej galaktyce. Naukowcy z Niemiec w swojej pracy wykorzystali symulowany katalog gwiazd, a następnie dane z katalogu stworzonego przez misję Hipparcos w 1997 r.
Wyniki wskazały, że już śledząc położenie i prędkości 20 gwiazd można określić położenie i prędkość statku z dokładnością do 3 jednostek astronomicznych i 2 km/s. Przypomnijmy, że 1 jednostka astronomiczna to w przybliżeniu 150 mln km. Gdy katalog powiększymy do 100 gwiazd, to dokładność rośnie do 1,3 j.a. oraz 0,7 km/s.
Warto jednak zauważyć, że w przypadku prawdziwych misji międzygwiezdnych należałoby uwzględnić jeszcze, chociażby ograniczenia instrumentów czy różne typy obiektów astronomicznych (np. układy podwójne). Nie zmienia to jednak faktu, że udało się ustalić, że jest to w ogóle możliwe. A zanim dojdzie do wysłania pierwszej sondy międzygwiezdnej, mamy jeszcze mnóstwo czasu na dopracowanie szczegółów.
