На этот вопрос даст ответ Пол М. Саттер – астрофизик из Университета штата Огайо, ведущий программ “Спроси космонавта” и “Космическое радио”, а также автор книги “Ваше место во Вселенной”.
Пространство большое – действительно большое. И если вы хотите успешно перемещаться в межзвёздных глубинах нашей галактики Млечный Путь, то вам понадобится надёжная система навигации. В недавнем исследовании была предпринята попытка сделать такую систему, как можно более простой, используя пары звёзд.
В нашей Солнечной системе, когда мы отправляем радиосигнал космическому аппарату, и он отвечает, мы можем использовать задержку ответа для расчёта расстояния. Мы также можем отслеживать космический аппарат в небе, и, объединив всю эту информацию (положение в небе и расстояние от Земли), мы можем точно определить местоположение зонда в Солнечной системе и передать эту информацию самому космическому аппарату.
Мы также можем использовать доплеровский сдвиг, 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 все шесть координат для космического аппарата: его три измерения положения и три измерения скорости.
Этот метод основан на сети наземных радиолокационных систем, постоянно поддерживающих связь с космическим аппаратом. Этот метод работает для зондов, находящихся в пределах Солнечной системы, но, едва ли, сработает для зондов “Вояджер” (НАСА).
Однако, любые межзвёздные миссии потребуют нового подхода: они должны будут перемещаться автономно. В принципе, эти космические корабли могут использовать бортовые системы, такие как часы и гироскопы, но межзвёздные миссии продлятся как минимум десятилетия, а крошечные ошибки и неопределённости 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 надёжными маяками для миссий в дальний космос. Но это работает только в относительно небольшом пузыре около нашей Солнечной системы, потому что измерения периода вращения могут быть искажены межзвёздной пылью, и как только вы потеряете хотя бы один пульсар из виду, вы заблудитесь.
Вторая звезда
Поэтому межзвёздным космическим кораблям нужен простой и надёжный метод оценки их положения в галактике. В новом документе, недавно опубликованном на сервере препринтов arXivOrg, предлагается такое решение: сами звёзды.
Техника основана на очень старой концепции: параллакс. Если вы вытяните руку и посмотрите сначала правым, а потом левым глазом на свой палец, то будет казаться, что он переместился. Изменение его видимого положения происходит из-за изменения точки зрения. Если вы выполните то же упражнение, глядя на удалённый объект, будет казаться, что этот объект будет изменять своё положение.
Именно с помощью параллакса учёные впервые смогли измерить расстояние до звёзд, и именно с помощью параллакса космический корабль, блуждающий вдали от дома, сможет ориентироваться. Перед запуском мы загрузим в космический корабль точную карту всех известных звёзд в окрестностях нашей галактики. Затем, когда аппарат удалится от Солнечной системы, он измерит относительные расстояния между несколькими парами звёзд. По мере движения звёзды, расположенные ближе к космическому кораблю, значительно сместятся, в то время как более далёкие звёзды останутся относительно неподвижными.
Наблюдая за несколькими парами звёзд и сравнивая измерения с исходным каталогом, космический аппарат сможет определить как далеко он находится от этих звёзд, что даст ему его точное трёхмерное положение в галактике.
Относительный эффект
Получить скорость космического корабля немного сложнее, и это объясняется одной очень странной особенностью специальной теории относительности. Из-за конечности скорости света , если вы двигаетесь достаточно быстро, объекты могут оказаться не в тех местах, в которых они находятся на самом деле. В частности, положение объекта будет казаться смещённым в направлении вашего движения. Эффект называется аберрацией, и его можно измерить с Земли: когда наша планета вращается вокруг Солнца, кажется, что звёзды мягко раскачиваются взад и вперёд в небе.
Пока космический корабль движется достаточно быстро (а если мы хотим, чтобы межзвёздная миссия длилась десятилетия, а не тысячелетия, это должно быть так), бортовые системы смогут измерить эту аберрацию. Отметив, какие звёзды смещены от ожидаемого положения и на сколько, космический корабль сможет рассчитать свою скорость.
Таким образом, космический аппарат сможет определить свои полные координаты и понять, где он находится и куда движется.
Насколько точна эта техника? Согласно статье, если космический аппарат сможет измерить положение всего 20 звёзд с точностью до 1 угловой секунды, то он сможет определить своё положение в галактике с точностью до 3 астрономических единиц (а.е.) и свою скорость с точностью до 2 километров в секунду. Звучит много, но это мелочь по сравнению с тысячами а.е. между звёздами.
У нас есть точные координаты более чем 20 звёзд, если быть точными – сотни миллионов звёзд, поэтому космический корабль сможет определять своё местоположение с ещё большей точностью.
Теперь все, что нам нужно, – это межзвёздный космический корабль.
