Es 2021 y finalmente no tenemos que preocuparnos tanto de que nuestra nave espacial se pierda en el espacio interestelar.
Usando las posiciones y la luz cambiante de las estrellas, tanto cercanas como lejanas, el astrónomo Coryn AL Bailer-Jones ha demostrado la viabilidad de la navegación autónoma sobre la marcha para las naves espaciales que viajan mucho más allá del Sistema Solar.
La navegación espacial interestelar puede no parecer un problema inmediato. Sin embargo, ya en la última década, los instrumentos hechos por humanos han ingresado al espacio interestelar, ya que la primera Voyager 1 (en 2012) y la Voyager 2 (en 2018) cruzaron el límite del Sistema Solar conocido como heliopausa.
Es solo cuestión de tiempo antes de que New Horizons se una a ellos, seguido de más sondas en el futuro. A medida que estas naves viajan cada vez más lejos de su planeta de origen, la comunicación con la Tierra se hace cada vez más larga.
New Horizons está actualmente casi 14 horas luz desde la Tierra, lo que significa que se necesitan 28 horas para enviar una señal y recibir una respuesta; no es un sistema de navegación y rastreo imposible, sino uno desgarbado.
Sin embargo, a distancias cada vez mayores, esto ya no será confiable.
“Al viajar a las estrellas más cercanas, las señales serán demasiado débiles y los tiempos de viaje de la luz serán del orden de años”. Bailer-Jones escribió en su artículo, que actualmente está disponible en el servidor de preimpresión arXiv, donde espera revisión por pares
“Por lo tanto, una nave espacial interestelar tendrá que navegar de forma autónoma y utilizar esta información para decidir cuándo hacer correcciones de rumbo o encender instrumentos. Una nave espacial de este tipo debe poder determinar su posición y velocidad utilizando únicamente mediciones a bordo”.
Bailer-Jones, que trabaja en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania, no es el primero en pensar en esto. La NASA ha estado trabajando en la navegación mediante púlsares, utilizando las pulsaciones regulares de las estrellas muertas como base para un GPS galáctico. Este método suena bastante bien, pero puede estar sujeto a errores a mayores distancias, debido a la distorsión de la señal por el medio interestelar.
Con un catálogo de estrellas, Bailer-Jones pudo demostrar que es posible calcular las coordenadas de una nave espacial en seis dimensiones (tres en el espacio y tres en velocidad) con una gran precisión, según la forma en que las posiciones de esas estrellas cambian de el punto de vista de la nave espacial.
“A medida que una nave espacial se aleja del Sol, las posiciones y velocidades observadas de las estrellas cambiarán en relación con las de un catálogo terrestre debido al paralaje, la aberración y el efecto Doppler”. el escribio.
“Al medir solo las distancias angulares entre pares de estrellas y compararlas con el catálogo, podemos inferir las coordenadas de la nave espacial a través de un proceso iterativo de modelado hacia adelante”.
Paralaje y aberración ambos se refieren al aparente cambio en las posiciones de las estrellas debido al movimiento de la Tierra. los efecto Doppler es el cambio en la longitud de onda de la luz de una estrella en función de si parece estar acercándose o alejándose del observador.
Debido a que todos estos efectos involucran las posiciones relativas de los dos cuerpos, un tercer cuerpo (la nave espacial) en una posición diferente verá una disposición diferente de las estrellas.
En realidad, es bastante difícil determinar las distancias a las estrellas, pero estamos mejorando mucho. El satélite Gaia está llevando a cabo una misión en curso para mapear la Vía Láctea en tres dimensiones y nos ha proporcionado el mapa más preciso de la galaxia hasta la fecha.
Bailer-Jones probó su sistema usando un catálogo de estrellas simulado, y luego en estrellas cercanas del catálogo de Hipparcos compilado en 1997, a velocidades relativistas de naves espaciales. Aunque esto no es tan preciso como Gaia, eso no es muy importante: el objetivo era probar que el sistema de navegación puede funcionar.
Con solo 20 estrellas, el sistema puede determinar la posición y la velocidad de una nave espacial con una precisión de 3 unidades astronómicas y 2 kilómetros por segundo (1,24 millas por segundo). Esta precisión se puede mejorar a la inversa de la raíz cuadrada del número de estrellas; con 100 estrellas, la precisión se redujo a 1,3 unidades astronómicas y 0,7 kilómetros por segundo.
Hay algunos problemas que deberían resolverse. El sistema no ha tenido en cuenta los binarios estelares, ni ha considerado la instrumentación. El objetivo era demostrar que se podía hacer, como primer paso hacia su actualización.
Incluso es posible que se pueda utilizar junto con pulsar navegación para que los dos sistemas puedan minimizar las fallas del otro. Y luego el cielo, literalmente, es el límite.
El documento está disponible en arXiv.
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