Stellen Sie sich die Szene vor: Es ist die nicht allzu ferne Zukunft und die Menschheit hat begonnen, Kolonien und Lebensräume in unserem gesamten Sonnensystem zu errichten. Wir bereiten uns darauf vor, den nächsten großen Schritt ins Unbekannte zu machen - tatsächlich den gemütlichen Schutz der Heliosphäre der Sonne zu verlassen und uns in den interstellaren Raum zu wagen. Bevor diese Zukunft eintreten kann, gibt es jedoch eine wichtige Sache, die in Diskussionen zu diesem Thema oft übersehen wird.
Navigation.
So wie Seeleute einst die Sterne zur Navigation im Meer benutzten, können Raumfahrer die Sterne möglicherweise zur Navigation im Sonnensystem verwenden. Abgesehen davon, dass diesmal die Sterne, die wir verwenden würden, tot sein werden. Eine bestimmte Klasse von Neutronensternen, die als Pulsare bekannt sind und durch die wiederholten Strahlungsimpulse definiert werden, die sie emittieren. Laut einem kürzlich erschienenen Artikel könnte der Trick darin bestehen, Pulsare als eine Form von interplanetarem - und möglicherweise sogar interstellarem - GPS zu verwenden.
Theorien und Ideen zu Triebwerken von Raumfahrzeugen sind reichlich vorhanden. Stiftungen wie Icarus Interstellar befürworten nachdrücklich die Entwicklung neuer Antriebssysteme, wobei einige Systeme wie die VASIMR-Triebwerke vielversprechend erscheinen. In der Zwischenzeit wird erwartet, dass Fusionsraketen Passagiere in nur 30 Tagen auf eine Rundreise von der Erde zum Mars mitnehmen können, und Forscher anderswo arbeiten an echten Warp-Antrieben, ähnlich denen, die wir alle aus den Filmen kennen und lieben.
Interplanetares GPS
Aber die Navigation ist genauso wichtig. Immerhin ist der Raum unglaublich groß und größtenteils leer. Die Aussicht, sich in der Leere zu verlieren, ist ehrlich gesagt erschreckend.
Bisher war dies kein wirkliches Problem, zumal wir nur eine kleine Handvoll Fahrzeuge am Mars vorbei geschickt haben. Infolgedessen verwenden wir derzeit eine chaotische Mischung von Techniken, um Raumfahrzeuge von hier auf der Erde aus zu verfolgen - im Wesentlichen mit Teleskopen, während wir uns stark auf ihre geplante Flugbahn verlassen. Dies ist auch nur so genau wie unsere Instrumente hier auf der Erde, was bedeutet, dass unsere Vorstellung davon, wo genau es sich befindet, mit zunehmender Entfernung eines Fahrzeugs immer ungenauer wird.
Das ist alles schön und gut, wenn wir nur wenige Fahrzeuge zu verfolgen haben, aber wenn die Raumfahrt leichter erreichbar wird und menschliche Passagiere involviert sind, wird es immer schwieriger, alles durch die Erde zu leiten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn wir vorhaben, die Grenzen unseres Heimatsterns zu verlassen - Voyager 2 ist derzeit mehr als 14 Lichtstunden entfernt, was bedeutet, dass erdgestützte Übertragungen mehr als einen halben Tag benötigen, um ihn zu erreichen.
Das Navigieren auf der Erde mit moderner Technologie ist dank der Vielzahl von GPS-Satelliten, die wir im Orbit um unsere Welt haben, recht einfach. Diese Satelliten senden ständig Signale, die wiederum von der GPS-Einheit empfangen werden, die Sie möglicherweise auf Ihrem Armaturenbrett oder in Ihrer Tasche haben. Wie bei allen anderen elektromagnetischen Übertragungen werden diese Signale mit Lichtgeschwindigkeit übertragen, was zu einer leichten Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt des Sendens und dem Empfang führt. Durch die Verwendung der Signale von 4 oder mehr Satelliten und das Timing dieser Verzögerungen kann ein GPS-Gerät Ihren Standort auf der Erdoberfläche mit bemerkenswerter Genauigkeit bestimmen.
Das von Werner Becker, Mike Bernhardt und Axel Jessner am Max-Planck-Institut vorgeschlagene Pulsar-Navigationssystem funktioniert auf sehr ähnliche Weise unter Verwendung der von Pulsaren emittierten Impulse. Indem Sie die Ausgangsposition und Geschwindigkeit Ihres Raumfahrzeugs kennen, diese Impulse aufzeichnen und die Sonne als festen Bezugspunkt behandeln, können Sie Ihren genauen Standort innerhalb des Sonnensystems berechnen.
Wenn man bedenkt, dass die Sonne auf diese Weise fixiert wird, wird dies technisch als Trägheitsreferenzrahmen bezeichnet. Wenn Sie die Bewegung der Sonne durch unsere Galaxie kompensieren, funktioniert das System beim Verlassen des Sonnensystems immer noch einwandfrei! Alles, was Sie brauchen, ist, mindestens 3 Pulsare im Auge zu behalten (idealerweise 10, um die genauesten Ergebnisse zu erzielen), und Sie können Ihren Standort mit überraschender Genauigkeit bestimmen!
Interessanterweise reicht die Idee, Pulsare als Navigationsbaken zu verwenden, bis ins Jahr 1974 zurück, insbesondere nicht lange nachdem Carl Sagan Pulsare verwendet hatte, um die Position der Erde auf den an den Raumsonden Pioneer 10 und 11 angebrachten Plaketten anzuzeigen. Wenn das Projekt Daedalus jemals gebaut worden wäre, wäre es möglicherweise mit einem System ausgestattet worden, das dem hier beschriebenen nicht unähnlich ist.
Verpackung für lange Strecken
Becker und seine Kollegen untersuchten die verschiedenen am Himmel sichtbaren Pulsartypen und wählten einen Typ aus, der als rotationsgetriebene Pulsare bekannt ist, als den besten Typ für ein galaktisches Positionierungssystem. Insbesondere ein Untertyp dieser als Millisekundenpulsare bekannten Pulsare ist ideal. Da sie älter als die meisten Pulsare sind, haben sie schwache Magnetfelder, was bedeutet, dass sie lange brauchen, um ihre Spinraten zu verlangsamen - hilfreich, da stark magnetisierte Pulsare manchmal ihre Rotationsgeschwindigkeit ohne Vorwarnung ändern können.
Mit unzähligen Pulsaren zur Auswahl stellt sich die Frage, wie Sie Ihr Raumschiff ausrüsten können, um sie zu verfolgen. Pulsare sind am einfachsten in Röntgen- oder Radiowellen zu erkennen, daher gibt es eine kleine Auswahl, welche besser zu verwenden ist. Im Wesentlichen stellt sich heraus, dass alles eine Frage der Größe Ihres Raumfahrzeugs ist.
Kleinere Fahrzeuge, die eher modernen Raumfahrzeugen ähneln, verwenden am besten Röntgenstrahlen, um Pulsare zu verfolgen. Röntgenspiegel, wie sie in bestimmten Weltraumteleskopen verwendet werden, sind kompakt und leicht, was bedeutet, dass einige für ein Navigationssystem hinzugefügt werden könnten, ohne die Gesamtmasse des Fahrzeugs zu erhöhen. Sie haben möglicherweise den kleinen Nachteil, dass sie durch eine zu helle Röntgenquelle leicht beschädigt werden können. Dies wäre nur unter unglücklichen Umständen ein Problem.
Wenn Sie dagegen ein großes Raumschiff zwischen Planeten oder sogar Sternen steuern, ist es wahrscheinlich besser, Funkwellen zu verwenden. Bei Radiofrequenzen wissen wir viel mehr über die Funktionsweise von Pulsaren und können sie mit höherer Genauigkeit messen. Der einzige Nachteil besteht darin, dass die Radioteleskope, die Sie auf Ihrem Schiff installieren müssen, eine Fläche von mindestens 150 m² benötigen. Aber wenn Sie zufällig ein Raumschiff fliegen würden, würde diese Größe wahrscheinlich keinen großen Unterschied machen.
Es ist interessant zu bedenken, wie Astronomen häufig die Analogie von Pulsaren verwenden, die „wie Leuchttürme“ sind, wenn sie erklären, warum sie zu pulsieren scheinen. Wenn wir sie eines Tages als eigentliche Navigationshilfen verwenden, kann diese Analogie eine ganz neue Bedeutung bekommen!
Die Bilder werden hier mit freundlicher Genehmigung von Adrian Mann von Icarus Interstellar verwendet, dessen vollständige Galerie online unter bisbos.com eingesehen werden kann
