Se på scenen: Det er ikke en fjern fremtid, og menneskeheten har begynt å konstruere kolonier og naturtyper over hele solsystemet vårt. Vi gjør oss klar til å ta det neste store skrittet inn i det ukjente - og forlater faktisk den koselige beskyttelsen fra Solens heliosfære og drar ut i det interstellare rommet. Før denne fremtiden kan skje, er det imidlertid en viktig ting som ofte blir oversett i diskusjoner om dette emnet.
Navigasjon.
Akkurat som sjømenn en gang brukte stjernene for å navigere i havet, kan romfarere kanskje bruke stjernene til å navigere i solsystemet. Bortsett fra at denne gangen vil stjernene vi bruker være døde. En spesifikk klasse av nøytronstjerner kjent som pulsarer, definert av de gjentatte strålingspulser de sender ut. Trikset, ifølge en fersk artikkel, kan være å bruke pulsarer som en form for interplanetær - og muligens til og med interstellar - GPS.
Teorier og ideer om romfartsmotorer er rikelig. Stiftelser som Icarus Interstellar tar kraftig til orde for utviklingen av nye fremdriftssystemer, med noen systemer som VASIMR-thrustere som virker lovende. I mellomtiden forventes fusjonsraketter å kunne ta passasjerer på en tur / retur fra Jorden til Mars om bare 30 dager, og forskere andre steder jobber med virkelighetsvarpdrev, ikke ulikt de vi alle kjenner og elsker fra filmene.
Interplanetær GPS
Men navigasjon er like viktig. Tross alt er rommet sinnssmeltende stort og stort sett tomt. Utsiktene til å gå seg vill i tomheten er ærlig talt, skremmende.
Til dags dato har dette egentlig ikke vært noe problem, særlig fordi vi bare har sendt en liten håndfull håndverk forbi Mars. Som et resultat bruker vi for øyeblikket en rotete mishandling av teknikker for å holde rede på romfartøy herfra på jorden - i det vesentlige spore dem med teleskoper mens vi stoler sterkt på deres planlagte bane. Dette er også bare så nøyaktig som instrumentene våre her på jorden er, noe som betyr at etter hvert som et håndverk blir fjernere, blir ideen vår om hvor nøyaktig den er blitt mindre nøyaktig.
Dette er vel og bra når vi bare har noen få fartøy å spore, men når romfarten blir lettere oppnåelig og menneskelige passasjerer er involvert, vil dirigering av alt gjennom Jorden begynne å bli mer og mer vanskelig. Dette er spesielt tilfelle hvis vi planlegger å forlate hjemmestjernens rammer - Voyager 2 er for tiden over 14 lys timer unna, noe som betyr at jordbaserte sendinger tar over en halv dag å nå den.
Å navigere i jorden med moderne teknologi er ganske enkelt takket være en rekke GPS-satellitter vi har i bane rundt om i verdenen vår. Disse satellittene overfører stadig signaler som igjen blir mottatt av GPS-enheten du måtte ha på bilens instrumentbord eller i lommen. Som for alle andre elektromagnetiske sendinger, kjører signalene med lysets hastighet, noe som gir en liten forsinkelse mellom når de ble sendt og når de ble mottatt. Ved å bruke signalene fra 4 eller flere satellitter og timing disse forsinkelsene, kan en GPS-enhet kartlegge posisjonen din på jordoverflaten med bemerkelsesverdig nøyaktighet.
Pulsarnavigasjonssystemet som er foreslått av Werner Becker, Mike Bernhardt og Axel Jessner ved Max Planck Institute, fungerer på en veldig lignende måte ved bruk av pulser som sendes ut av pulsarer. Ved å kjenne til startposisjonen og hastigheten til romfartøyet ditt, registrere disse pulsene og behandle solen som et fast referansepunkt, kan du beregne din nøyaktige plassering inne i solsystemet.
Å betrakte sola som å være fikset på denne måten blir teknisk referert til som en treghetsreferanseramme, og hvis du kompenserer for solens bevegelse gjennom galaksen vår, fungerer systemet fortsatt perfekt når du forlater solsystemet! Alt du trenger er å holde rede på minimum 3 pulsarer (ideelt 10, for å få de mest nøyaktige resultatene), og du kan kartlegge plasseringen din med overraskende nøyaktighet!
Interessant nok er ideen om å bruke pulsarer som navigasjonsfyr helt tilbake til 1974, spesielt ikke lenge etter at Carl Sagan hadde brukt pulsarer for å vise jordens beliggenhet på plakkene festet til Pioneer 10 og 11 romprober. Hvis Project Daedalus noen gang hadde blitt konstruert, kan det ha vært utstyrt med et system som ikke var ulikt det som er beskrevet her.
Pakking for langdistanse
Becker og kollegene så på de forskjellige typer pulsar som er synlige på himmelen, og plukket ut en type kjent som rotasjonsdrevne pulsarer som den beste typen å bruke for et galaktisk posisjoneringssystem. Spesielt er en subtype av disse kjent som millisekund pulsarer ideell. Når de er eldre enn de fleste pulsarer, har de svake magnetfelt, noe som betyr at de tar lang tid å redusere spinnhastigheten - nyttig da sterkt magnetiserte pulsarer noen ganger kan endre rotasjonshastigheten uten forvarsel.
Med utallige pulsarer å velge mellom, snur spørsmålet seg om hvordan du kan utstyre romskipet ditt til å spore dem. Pulsars er lettest å oppdage i røntgenbilder eller radiobølger, så det er et lite valg om hva som kan være bedre å bruke. I hovedsak viser det seg å være et spørsmål om hvor stort romfartøyet ditt er.
Mindre kjøretøyer, mer beslektet med moderne romfartøy, ville være best å bruke røntgenstråler for å spore pulsarer. Røntgen-speil, som de som brukes i visse kretsende romteleskoper, er kompakte og lette, noe som betyr at noen få kan legges til for et navigasjonssystem uten å øke den totale massen til håndverket så mye. De kan ha den mindre ulempen at de lett kan bli skadet av en røntgenkilde som er for lys, dette vil ikke være et problem bortsett fra under noen uheldige omstendigheter.
På den annen side, hvis du piloter et stort romskip mellom planeter eller stjerner, vil du sannsynligvis være bedre med å bruke radiobølger. I radiofrekvenser vet vi mye mer om måten pulsarer fungerer på, i tillegg til å kunne måle dem med en høyere grad av nøyaktighet. Den eneste ulempen der er at radioteleskopene du trenger å installere på skipet ditt, vil kreve et areal på minst 150 m². Men hvis du tilfeldigvis flyr et stjerneskip, ville sannsynligvis ikke den slags størrelsen gjort noen stor forskjell.
Det er interessant å huske på hvordan astronomer ofte bruker analogien med at pulsarer er "som fyrtårn" når de forklarer hvorfor de ser ut til å pulsere. Hvis vi en dag finner oss i å bruke dem som virkelige navigasjonshjelpemidler, kan den analogien få en helt ny betydning!
Bilder brukes her med god tillatelse fra Adrian Mann fra Icarus Interstellar, hvis fulle galleri kan sees online på bisbos.com
