Immagina la scena: è un futuro non troppo lontano e l'umanità ha iniziato a costruire colonie e habitat in tutto il nostro sistema solare. Ci stiamo preparando per fare il prossimo grande passo verso l'ignoto, lasciando in realtà l'accogliente protezione del sole eliosfera e avventurarsi nello spazio interstellare. Prima che questo futuro possa accadere, tuttavia, c'è una cosa importante che spesso viene trascurata nelle discussioni su questo argomento.
Navigazione.
Proprio come un tempo i marinai usavano le stelle per navigare nel mare, i viaggiatori spaziali potrebbero essere in grado di usare le stelle per navigare nel sistema solare. Tranne che questa volta, le stelle che useremmo saranno quelle morte. Una classe specifica di stelle di neutroni conosciuto come pulsar , definito dai ripetuti impulsi di radiazione che emettono. Il trucco, secondo un articolo recente, potrebbe essere quello di utilizzare le pulsar come una forma di GPS interplanetario – e forse anche interstellare.
Le teorie e le idee sui motori dei veicoli spaziali sono abbondanti. Fondazioni come Icaro Interstellare sostengo vivamente lo sviluppo di nuovi sistemi di propulsione, con alcuni sistemi come il VASIMR propulsori che sembrano piuttosto promettenti. Nel frattempo, si prevede che i razzi a fusione saranno in grado di trasportare passeggeri su a andata e ritorno dalla Terra a Marte in soli 30 giorni , e i ricercatori altrove sono lavorando su unità di curvatura reali , non dissimili da quelli che tutti conosciamo e amiamo dei film.
GPS interplanetario
Per Voyager 2, ai margini del nostro sistema solare, i metodi di navigazione convenzionali non funzionano molto bene. Credito: NASA
Ma la navigazione è altrettanto importante. Dopotutto, lo spazio è incredibilmente vasto e per lo più vuoto. La prospettiva di perdersi nel vuoto è, francamente, terrificante.
Ad oggi, questo non è stato davvero un problema, soprattutto visto che abbiamo inviato solo una piccola manciata di navi oltre Marte. Di conseguenza, attualmente utilizziamo un disordinato miscuglio di tecniche per tenere traccia dei veicoli spaziali da qui sulla Terra, essenzialmente monitorandoli con i telescopi facendo affidamento sulla loro traiettoria pianificata. Anche questo è accurato quanto lo sono i nostri strumenti qui sulla Terra, il che significa che man mano che un'astronave si allontana, la nostra idea di dove si trova esattamente diventa sempre meno accurata.
Tutto questo va bene quando abbiamo solo poche navi da tracciare, ma quando il viaggio nello spazio diventa più facilmente raggiungibile e i passeggeri umani sono coinvolti, instradare tutto attraverso la Terra inizierà a diventare sempre più difficile. Questo è particolarmente vero se abbiamo intenzione di lasciare i confini della nostra stella di casa - in viaggio 2 è attualmente a più di 14 ore luce di distanza, il che significa che le trasmissioni terrestri impiegano più di mezza giornata per raggiungerlo.
Navigare sulla Terra con la tecnologia moderna è abbastanza semplice grazie alla gamma di satelliti GPS che abbiamo in orbita intorno al nostro mondo. Questi satelliti sono segnali in costante transito che, a loro volta, vengono ricevuti dall'unità GPS che potresti avere sul cruscotto dell'auto o in tasca. Come con tutte le altre trasmissioni elettromagnetiche, quei segnali viaggiano alla velocità della luce, dando un leggero ritardo tra quando sono stati trasmessi e quando sono stati ricevuti. Utilizzando i segnali di 4 o più satelliti e calcolando questi ritardi, un'unità GPS può individuare la tua posizione sulla superficie della Terra con notevole precisione.
L'astronave Icarus Pathfinder passa da Nettuno. Credito: Adrian Mann
Il sistema di navigazione pulsar proposto da Werner Becker, Mike Bernhardt e Axel Jessner al Istituto Max Planck , funziona in modo molto simile, utilizzando gli impulsi emessi dalle pulsar. Conoscendo la posizione iniziale e la velocità del tuo veicolo spaziale, registrando quegli impulsi e trattando il Sole come un punto di riferimento fisso, puoi calcolare la tua posizione esatta all'interno del sistema solare.
Considerare che il Sole fissato in questo modo è tecnicamente indicato come un sistema di riferimento inerziale, e se si compensa il movimento del Sole attraverso la nostra galassia, il sistema funziona ancora perfettamente quando si lascia il sistema solare! Tutto ciò di cui hai bisogno è tenere traccia di un minimo di 3 pulsar (idealmente 10, per i risultati più accurati) e puoi individuare la tua posizione con una precisione sorprendente!
È interessante notare che l'idea di utilizzare le pulsar come segnali di navigazione risale al 1974, in particolare non molto tempo dopo che Carl Sagan aveva usato le pulsar per mostrare la posizione della Terra su le placche attaccate alle sonde spaziali Pioneer 10 e 11 . Se Progetto Daedalus fosse mai stato costruito, potrebbe essere stato dotato di un sistema non dissimile da quello qui descritto.
Imballaggio per il lungo raggio
Becker e i suoi colleghi hanno esaminato i diversi tipi di pulsar visibili nel cielo e hanno individuato un tipo noto come pulsar a rotazione come il tipo migliore da utilizzare per un sistema di posizionamento galattico. In particolare, un sottotipo di questi noto come pulsar millisecondo è l'ideale. Essendo più vecchie della maggior parte delle pulsar, hanno campi magnetici deboli, il che significa che impiegano molto tempo per rallentare le loro velocità di rotazione - utile poiché a volte le pulsar fortemente magnetizzate possono cambiare la loro velocità di rotazione senza preavviso .
Un'immagine a raggi X della pulsar Vela, una delle pulsar al millisecondo più luminose conosciute. Credito: NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.
Con innumerevoli pulsar tra cui scegliere, la domanda si sposta su come potresti equipaggiare la tua navicella spaziale per seguirle. Le pulsar sono più facili da individuare nei raggi X o nelle onde radio, quindi c'è una piccola scelta su quale potrebbe essere meglio usare. In sostanza, tutto risulta essere una questione di quanto sia grande la tua navicella spaziale.
Veicoli più piccoli, più simili ai moderni veicoli spaziali, farebbero meglio a usare i raggi X per tracciare le pulsar. Gli specchi a raggi X, come quelli utilizzati in alcuni telescopi spaziali orbitanti, sono compatti e leggeri, il che significa che se ne potrebbero aggiungere alcuni per un sistema di navigazione senza aumentare di molto la massa complessiva del velivolo. Potrebbero avere il piccolo svantaggio di essere facilmente danneggiati da una sorgente di raggi X troppo luminosa, questo non sarebbe un problema se non in alcune sfortunate circostanze.
D'altra parte, se stai pilotando una grande nave spaziale tra pianeti o persino stelle, probabilmente faresti meglio a usare le onde radio. Nelle frequenze radio, sappiamo molto di più sul modo in cui funzionano le pulsar, oltre a essere in grado di misurarle con un grado di precisione maggiore. L'unico inconveniente è che i radiotelescopi che dovresti installare sulla tua nave richiederebbero un'area di almeno 150 m². Ma poi, se ti capitasse di pilotare un'astronave, quel tipo di dimensione probabilmente non farebbe molta differenza.
È interessante tenere a mente il modo in cui gli astronomi usano frequentemente l'analogia delle pulsar che sono 'come dei fari' quando spiegano perché sembrano pulsare. Se un giorno ci troveremo a usarli come veri e propri aiuti alla navigazione, quell'analogia potrebbe assumere un significato completamente nuovo!
Puoi leggere il documento della squadra qui.
L'Icarus Starfinder, mostrato mentre lascia il sistema solare. Navi come questa possono essere dotate di un sistema di navigazione pulsar. Credito: Adrian Mann
Le immagini sono utilizzate qui con il gentile permesso di Adrian Mann di Icaro Interstellare , la cui galleria completa è visionabile online su bisbos.com