kozmos.hr
Svemir

Svemirska navigacija pomoću x-zraka mrtvih zvijezda

U središtu slike NASA-inog rendgenskog opservatorija Chandra nalazi se vrlo mlad i moćan pulsar, poznat kao PSR B1509-58, ili skraćeno B1509. Ovaj mali, ali gust, objekt promjera je samo 19 kilometara, ali zato stvara na slici vidljivu rendgensku maglicu koja se proteže na oko 150 svjetlosnih godina (©NASA/CXC/CfA/P. Slane et al.).
objavljeno

Istraživači sa Sveučilišta Illinois razvijaju novu navigaciju za svemirske letjelice koja za orijentaciju koristi specifične signale iz više pulsara.

Pulsari

Ostatci kolapsiranih neutronskih zvijezda – poznati kao pulsari – veoma su magnetski nabijeni i vrte se u razmjerima od jedne rotacije u sekundi, pa sve do stotina rotacija u sekundi. Ova nebeska tijela – promjera svega par desetaka kilometara – stvaraju svjetlost u rasponu valnih duljina rendgenskih zraka.

U središtu slike NASA-inog rendgenskog opservatorija Chandra nalazi se vrlo mlad i moćan pulsar, poznat kao PSR B1509-58, ili skraćeno B1509. Ovaj mali, ali gust, objekt promjera je samo 19 kilometara, ali zato stvara na slici vidljivu rendgensku maglicu koja se proteže na oko 150 svjetlosnih godina (©NASA/CXC/CfA/P. Slane et al.).
U središtu slike NASA-inog rendgenskog opservatorija Chandra nalazi se vrlo mlad i moćan pulsar, poznat kao PSR B1509-58, ili skraćeno B1509. Ovaj mali, ali gust, objekt promjera je samo 19 kilometara, ali zato stvara na slici vidljivu rendgensku maglicu koja se proteže na oko 150 svjetlosnih godina (©NASA/CXC/CfA/P. Slane et al.).

„Možemo koristiti zvjezdane tragače da bismo odredili u kojem smjeru je letjelica trenutno orijentirana. Međutim, da bismo saznali točnu lokaciju letjelice oslanjamo se na radio signale koji se šalju između letjelice i Zemlje, što može potrajati puno vremena i zahtijeva korištenje značajnih resursa i infrastrukture, kao što je NASA-ina Deep Space Network,” rekao je Zach Putnam, profesor na Odjelu za zrakoplovno inženjerstvo sa Sveučilišta Illinoisu i član istraživačkog tima s istoimenog sveučilišta čiji su znanstvenici razvili novi način za svemirsku navigaciju.

Nova ‘navigacija’?

Korištenje rendgenske navigacije (x-zraka) eliminira korištenje značajne infrastrukture i vremensku odgodu koja nastaje korištenjem radio signala. Iako je navigacija pomoću x-zraka razvijana i ranije problem je predstavljala činjenica da je znanstvenicima bila potrebna pretpostavka trenutne lokacije letjelice.

Međutim, novo istraživanje predstavlja sustav koji pronalazi kandidate za moguće lokacije letjelice bez prethodnih informacija, tako da se letjelica može navigirati autonomno!

„Također, naši zemaljski komunikacijski sustavi za misije u duboki svemir trenutno su preopterećeni. Ovaj bi sustav dao autonomiju svemirskoj letjelici i smanjio ovisnost o Zemlji. Rentgenska pulsarska navigacija pomaže nam oko toga i omogućuje nam da odredimo gdje se nalazimo, bez potrebe za slanjem ‘upita’ na Zemlju,“ pojasnio je Putnam.

Svemirski ‘otisci prstiju’

Pulsari emitiraju elektromagnetsko zračenje koje izgleda poput ‘impulsa’ budući da naši instrumenti zapravo mjere vrhunac zračenja u rendgenskim signalima svaki put kada se pulsar okrene i usmjeri prema nama. Analogni primjer bio bi, primjerice, slučaj zraka svjetlosti koje baca svjetionik.

Svaki pulsar ima svoj karakterističan signal, poput otiska prsta, a trenutno imamo zapise o rendgenskim zrakama oko 2000 pulsara. Ovi podatci mogu se stoga koristiti slično kao naš zemaljski GPS (Globalni položajni sustav) koji određuje lokaciju iz ‘sjecišta’ signala.

Predstoje izazovi

Ipak, tehnologija ima svoja ograničenja te zbog velikih razmjera udaljenosti u svemiru nije moguće odrediti lokaciju bez značajnog odstupanja u radijusu – „Cilj istraživanja je određivanje položaja svemirske letjelice unutar područja promjera više astronomskih jedinica, poput veličine orbite Jupitera – nešto poput kvadrata s dužinom stranice od jedne milijarde kilometara. Izazov s kojim se pokušavamo pozabaviti je kako inteligentno promatrati pulsare i u potpunosti odrediti sve moguće lokacije svemirskih letjelica u domeni bez korištenja pretjerane količine računalnih resursa,“ rekao je Putnam.

Međutim tim već radi na razvoju algoritma koji kombinira opažanja brojnih pulsara kako bi odredio sve moguće položaje letjelice. Točnije, algoritam obrađuje sva raskrižja kandidata u dvije ili tri dimenzije.

„Koristili smo algoritam da proučimo koje pulsare bismo trebali promatrati kako bismo smanjili broj lokacija kandidata svemirskih letjelica unutar dane domene,“ zaključio je Putnam. Rezultati su pokazali da promatranje skupova pulsara s dužim periodima i malim kutnim razmacima može značajno smanjiti broj rješenja kandidata unutar dane domene.

Zahvaljujući pulsarima znanstvenici otkrivaju kako kozmičke zrake putuju svemirom

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Kevin Lohan, Zachary Putnam, „Characterization of Candidate Solutions for X-Ray Pulsar Navigation,“ IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems (2022).

Debra Levey Larson (2. svibnja 2022.), „Spacecraft navigation uses x-rays from dead stars,“ aerospace.illinois.edu (pristup 9. svibnja 2022).

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji - te uživa u gledanju svega povezanog sa Star Warsom.