Навигация в космосе при помощи пульсаров

Новости науки

Иллюстрация: навигация в космосеКосмос и возможность космических путешествий, на мой взгляд, одна из самых интересных и захватывающих тем. Я уже писал про начало разработки варп-двигателя, а теперь хочу коснуться близкой темы — навигации в космосе. А точнее, рассказать про исследование, которое позволит в будущем использовать для навигации в космосе излучение от пульсаров.

Пульсар — это вращающаяся нейтронная звёзда с очень сильным магнитным полем, которая испускает электромагнитное излучение.

Схематическое изображения пульсара
Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре — нейтронная звезда, кривые линии изображают магнитное поле, а конусы — зону излучения.
Источник изображения: commons.wikimedia.org

Нейтронная звезда — это последний этап эволюции звезды, масса которой больше предела Чандрасекара (около 1,44 массы Солнца), поэтому такая звезда не может существовать как белый карлик, но при этом её масса недостаточно велика, чтобы сколлапсировать в чёрную дыру. Нейтронными эти звёзды называются, потому что они состоят в основном из нейтронов и поэтому имеют плотность выше, чем у атомного ядра.

Обычно нейтронные звёзды имеют небольшой радиус, около 10 км, и очень высокую скорость вращения вокруг своей оси, один оборот за 10−10–10−21 секунды.

Причиной электромагнитного излучения пульсаров (один из видов нейтронных звёзд) является их очень сильное магнитное поле в 1012–1013 Гауссов (у Земли, например, около 0,25–0,65 Гс).

Фото Крабовидной туманности
Крабовидная туманность. Это изображение получено путём совмещения данных оптического диапазона (красный) с телескопа Хаббл и рентгеновских изображений с телескопа Чандра (синий).
Источник изображения: commons.wikimedia.org

Для чего нужна навигация в космосе

На текущий момент для определения местонахождения в космическом пространстве космических зондов, то есть для навигации в космосе, используется способ, основанный на измерении разницы между временем, которое требуется, чтобы радиосигнал от космического зонда добрался до нескольких антенн, расположенных в разных точках Земли.

Этот способ имеет ограничение в точности, и чем дальше находится зонд, тем больше неточность. Например, для Вояджера-1, который сейчас находится на расстоянии около 19 млрд. км от Земли, эта неточность составляет несколько сотен километров.

Фотография космического зонда Вояджер-1
Фотография космического зонда Вояджер-1, сделанная NASA.
Источник изображения: commons.wikimedia.org

Но даже и на более близких дистанциях, например, для зондов, используемых для исследования Марса, этот метод даёт погрешность около 10 км.

Думаю, всем понятно, насколько это может быть неудобно, особенно если вы оказывались в незнакомом районе города без смартфона с GPS и не могли найти нужный адрес.

Космический GPS

Поэтому меня очень порадовала новость о германских ученых, которые разрабатывают технологию для навигации в любой точке космоса при помощи излучения пульсаров.

Пульсары испускают излучение с очень постоянной и очень легко рассчитываемой по формуле частотой. Измерив разницу между расчётным временем приёма пульсации излучения и временем, измеренным непосредственно космическим кораблём, можно легко определить положение корабля в пространстве. Погрешность позиционирования при этом составляет не более 5 км.

Сама технология очень похожа на систему навигации, используемую на Земле, — GPS. Но GPS работает только на Земле, а не за её пределами.

К сожалению, начать использовать эту технологию сегодня не получится, потому что телескопы для приёма излучения от пульсирующих нейтронных звёзд на текущий момент имеют слишком большой размер и массу.

С другой стороны, по прогнозу учёных через 15-20 лет технология производства телескопов для приёма электромагнитного излучения от пульсаров достигнет необходимого уровня миниатюризации и станет возможным производство модулей для «космического GPS».

Это станет очень полезным устройством для исследования нашей Солнечной системы, особенно для пилотируемых миссий на Марс, которые планируются в 2020‑х годах.

Интересно, когда в интернете можно будет скачать карты нашей галактики для навигатора?

Схема галактики Млечный путь с комментариями на русском языке.
Источник изображения: commons.wikimedia.org

1 комментарий к записи “Навигация в космосе при помощи пульсаров”

Добавить комментарий