května 4čtbýt s tebou!
Millenium Falcon vystřelí z vesmírného přístavu Mos Eisley a unese naše dobrodruhy z Tatooine a přivede Luka Skywalkera přes práh do vesmíru. Když se imperiální hvězdné destruktory zavírají, Luke lituje, že Han Solo se zdržel při skoku do Hyperprostoru. Provedení těchto výpočtů pomocí „Navicomputeru“ Falconu nějakou dobu trvá. Han vysvětluje, že jinak by mohli „proletět přímo hvězdou“ nebo „odskočit příliš blízko k supernově“. (pravděpodobně stejný účinek každého z nich – také supernovy poskakují?)
Nebeské výpočty jsou potřeba k tomu, abyste zjistili, kam jdete. Ve Star Wars to dělají lodní počítače nebo později věrní astrotechnickí droidi jako R2-D2. Ale poprvé byly provedeny simulace schopnosti lodi bez posádky pohybovat se v mezihvězdném prostoru. I když ne při hyperprostorových rychlostech, simulace zohledňují rychlosti až poloviční rychlosti světla. Vytvořil Coryn A. L. Bailer-Jones z Max Plank Institute for Astronomy mohou být tyto simulace naším prvním krokem k vytvoření našich vlastních „navipočítačů“ (nebo R2-D2, pokud mají osobnost).
Nejvzdálenější objekt, jaký jsme kdy vyslali do vesmíru, Voyager1, byl vypuštěn v roce 1977 (stejný rok jako vydání Star Wars). Opuštění sluneční soustavy trvalo 4 desetiletí. Příští generace mezihvězdných plavidel může být mnohem rychlejší, ale také potřebuje svůj vlastní způsob navigace
C. NASA
Přestřižení šňůry
Nejvzdálenějším objektem, který jsme vyslali do vesmíru, je vesmírná sonda Voyager 1. Sonda jako Voyager aktualizuje svou polohu pomocí radarových a rádiových signálů se Zemí. Ve skutečnosti můžete sledovat r Voyageru aktuální polohu online. Umístění plavidla je triangulováno pomocí dvou pozemních stanic na Zemi a poté pozice známého jasného objektu vedle zdánlivé polohy (ve směru, ale ne blízko) kosmické lodi jako např. kvasar. Tento sledovací systém je jako obří pupeční šňůra založená na světle, která spojuje plavidlo se Zemí. Ale tato plavidla nemají své vlastní Navicomputery nebo jednotky R2. Veškeré navádění závisí na spojení se Zemí. Jakmile je vesmírné plavidlo mimo dosah signálu nebo pokud je signál přerušen, plavidlo nemá vnitřní způsob, jak se pohybovat. Sondy jako Voyager nakonec ztratí spojení se Zemí a nechají se unášet stovky milionů let. Možná se nikdy nedozvíme, kde skončí nebo kdo je najde – pokud vůbec někdo.
Kvasary, aktivní černé díry v centrech galaxií, patří k nejsvítivějším objektům ve vesmíru. Mohou být použity pro nebeskou navigaci, pokud řídíte ze Země. Ale pohybující se kosmická loď se bude muset spoléhat na hvězdy stejně jako lodě na oceánu. C. SpaceEngine od autora
V moři hvězd
Pokud plánujeme poslat plavidla do hlubokého vesmíru, potřebují způsob, jak navigovat a provádět opravy kurzu bez pokynů ze Země. Jednou navrhovanou metodou je odkazování na známé pulsary. Pulsary jsou zbytky mrtvých hvězd vytvořených z kataklyzmatických výbuchů supernov. Jak se hvězdy násilně hroutí, jejich moment hybnosti nebo rotace se přenáší na stále menší a menší objekt – myslete jako krasobruslař, který zatahuje ruce. Tyto pulsary rotují se známými frekvencemi na známé vzdálenosti. Mohly by být použity jako mezihvězdné satelity GPS k určení, kde se nacházíte ve 3D prostoru. Existuje však určitá debata o tom, jak přesný je tento systém, protože se musíte spoléhat pouze na hrstku pulsarů a vesmírného prachu/plynu, tzv. Mezihvězdné médium , by mohlo do těchto výpočtů pulsaru vnést chybu.
Bailer-Jones tedy navrhuje metodu, která je stejně stará jako plavba po moři. Použijte sextant. Nebeská navigace se na oceánu provádí již po staletí. Plavidla by použila sextant k měření úhlu nebo „úhlové vzdálenosti“ mezi hvězdou nebo Sluncem a obzorem, aby mohla vypočítat polohu na zemském povrchu.
Složený snímek Krabí mlhoviny obsahuje rentgenové paprsky z Chandra (modrá a bílá), optická data z HST (fialová) a infračervená data ze Spitzera (růžová). Objekt ve středu mlhoviny je pulsar. Tyto byly také teoretizovány jako objekty, které by mohly být použity pro nebeskou navigaci c. rentgenová observatoř Chandra
Kosmická loď hluboko v mezihvězdném prostoru by mohla použít podobnou techniku měření úhlové vzdálenosti mezi hvězdami a extrapolovat z jejich změny polohy v průběhu času, kde je loď vzhledem k těmto hvězdám. Když cestujete vesmírem, hvězdy se pohybují ze dvou důvodů. První je paralaxa, vnímaný pohyb objektu způsobený vaší změnou úhlu pohledu. Tuto změnu polohy můžete vidět, když jednu ruku natáhnete na délku paže a prohlédnete si prsty se zavřeným jedním okem a poté druhým. Zdá se, že se vaše prsty „pohybují“. Vidíme, jak se obloha pohybuje podobným způsobem.
Když naše Země obíhá kolem Slunce, jsme svědky změny polohy hvězd. Když jsme na jedné straně naší oběžné dráhy, je to, jako bychom se dívali na oblohu jedním okem otevřeným, jako v příkladu ruky. O šest měsíců později se díváme druhým okem na druhou stranu Slunce. Velikost, o kterou se hvězda posouvá, nám dává výpočet vzdálenosti k této hvězdě v Parsecs (ehm...Han Solo dáváte pozor? Parsec je měření vzdálenosti). Zdá se, že hvězda ve vzdálenosti jednoho parseku změní polohu na obloze o jednu „obloukovou sekundu“ (jedna 3600čtstupeň na obloze) za 6 měsíců naší oběžné dráhy kolem Slunce. Jeden parsek znamená asi 3,26 světelných let. Podobně jako u pohybujícího se vesmírného plavidla bude hvězda vzdálená 1 parsek posunuta o 1 úhlovou sekundu na každou AU (astronomická jednotka = průměrná vzdálenost mezi Zemí a Sluncem = asi 150 milionů km), kterou loď projde vesmírem.
Sextant, který používají ti, kteří cestují oceánem, aby našli cestu – c. Public Doman
Na rozdíl od pozemního pozorování kosmické lodi nebudou vzdálené kvasary v tomto scénáři fungovat, protože jsou příliš astronomicky daleko. Nejbližší kvasar k Zemi je vzdálen půl miliardy světelných let, takže paralaxní efekt je prakticky neviditelný. Místo toho by loď pozorovala nejbližší a nejjasnější hvězdy, aby provedla měření na své cestě, protože tyto hvězdy budou demonstrovat největší paralaxový efekt.
Zdá se, že hvězdy také mění polohu, protože se samy pohybují Mléčnou dráhou. Čím blíže jsme k těmto hvězdám v pohybující se kosmické lodi, tím zjevnější bude jejich vlastní pohyb v průběhu času. Změna zjevné polohy hvězdy na obloze kvůli jejímuproudpohyb prostorem vzhledem k lodi se nazývá „aberace“. Kosmická loď dokáže rozlišit změny v poloze hvězdy buď od paralaxy nebo aberace. Dva typy pohybu, paralaxa a aberace, dohromady nám mohou říct dvě věci o kosmické lodi, které potřebujeme vědět. Paralaxa nám poskytuje pozici kosmické lodi v reálném čase ve 3D prostoru. Aberace nám udává rychlost kosmické lodi vzhledem k pohybu těchto hvězd.
Aby systém fungoval, kosmická loď by nesla hvězdnou mapu známých poloh a rychlostí hvězd, které již byly zmapovány ze Země pomocí dat z misí pro mapování hvězd, jako je např. Gaia a Hipparcos . Samotná Gaia mapuje 1 % galaxie... což se nezdá moc, dokud si neuvědomíte, že je to 1 MILIARDA hvězd. Pokud se naše plavidlo chystá cestovat byť jen několik světelných let do vesmíru – mnohem dále, než jsme kdy byli – je tato mapa více než dostatečná.
c. jednotky úhlové měření. Wikipedie
Simulovaný navigační počítač
O virtuální vesmírné lodi, kterou vysíláme do vesmíru, kterou si Bailer-Jones pro simulaci vybere, je třeba učinit určité předpoklady. Gaia může dosáhnout přesnosti úhlových vzdáleností mezi hvězdami až na submiliáry sekund. Neskutečně jemné míry. Ale pro jistotu tato simulace předpokládá, že kosmická loď může měřit alespoň na jednu obloukovou sekundu. Nevíme, jak mocné mohou být navigační nástroje na lodi. Pamatujte, že mezihvězdná sonda pravděpodobně musí být kompaktní a musí nést další snímací zařízení. Přesnější úhlová měření znamenají větší dalekohledy pro navigaci.
Kosmická loď, využívající existující hvězdné mapy, má přístup k očekávaným směrům a rychlostem hvězd vzhledem k vesmírné lodi. Plavidlo měří úhlové vzdálenosti mezi výběrem těchto hvězd a jednou referenční hvězdou, na kterou je vždy namířen palubní sextant. V tomto případě by tou hvězdou mohlo být naše vlastní Slunce, ale mohla by být použita jakákoliv hvězda, a to je důležitá poznámka, protože celý smysl tohoto systému spočívá v tom, že navigace funguje bez ohledu na to, odkud jste začali.
Simulace umístily plavidlo mezi 0,1 a 10 světelných let od Země – horní odhad toho, jak daleko zajdou naše první pokusy o mezihvězdné cestování. Pamatujte, že nejbližší hvězda k naší vlastní, Proxima Centauri, je vzdálena pouze 4,2 světelných let. I to by bylo úžasné. Loď je také simulována při rychlostech od 0 do 500 km/s a také relativisticky (přibližující se rychlosti světla) až do 0,5 c (0,5 násobek rychlosti světla – NE 0,5 MINULÉ rychlosti světla). Pokud se chceme dostat do jiné sluneční soustavy, budeme pravděpodobně muset cestovat při dobrém zlomku rychlosti světla a simulace chce zachytit, jak to ovlivňuje naši navigaci, pokud vůbec.
Aktualizovaná verze k 30. výročí snímku „Bledě modrá tečka“ – nejvzdálenější fotografie Země, kterou kdy pořídil Voyager 1 14. února 1990. Toto byl poslední snímek, který pořídil, než vypnul své kamery na dlouhou cestu do mezihvězdného prostoru. C. NASA/JPL
kolik ti je 20?
Výsledky simulace – ano, můžete zjistit, kde se ve vesmíru nacházíte! Za druhé, Bailer-Jones určil, s jakou mírou přesnosti. Například použitím 10 hvězd jako referenčního bodu s úhlovou přesností měření 1” pohybující se rychlostí 0,39c může kosmická loď určit, kde se nachází v rámci přesnosti polohy 5AU a přesnosti rychlosti 5 km/s. Není špatné. 5AU je ale velká prostorová bublina. Při použití 100 hvězd se však plavidlo může lokalizovat s přesností 1,2 AU a určit svou rychlost s přesností 0,6 km/s. Navíc cestování relativistickou rychlostí nemění celkovou schopnost plavidla vědět, kde se nachází. (Problém necháme na příští generaci FTL lodí)
Pokud zvýšíte přesnost měření úhlové vzdálenosti na 0,1 úhlové sekundy, polohu plavidla lze změřit s přesností 0,3 AU a rychlost na 200 m/s pomocí pouhých 20 hvězd. Takže jakákoli další schopnost zvýšit přesnost měření snižuje počet celkových výpočtů, které musíte provést. Snad to Han ví.
Když jsem četl Bailer-Jonesův výzkum, cítil jsem spojení s naší malou virtuální vesmírnou lodí letící mezi hvězdami. To je ještě daleko od Hyperprostoru a nelétáme dostatečně rychle, abychom se obávali, že budeme prolétávat PROSTŘEDNICTVÍM jiných hvězd, ale můžeme být na pokraji letu K jiným hvězdám. Jen doufám, že lodní navigační počítače dostanou alespoň NĚJAKÝ název se sci-fi tématikou. R2? L3? Žvýkací?...Chekov? Kdokoli z nich by to udělal.
Sledujte Matthewa a získejte další vesmírné příběhy Cvrlikání a Instagram
Vybraný obrázek: Simulovaný hyperprostorový skok ve SpaceEngine od autora
Více k prozkoumání:
Původní výzkumný článek 'Ztracen v prostoru? Astronavigace pomocí astrometrického hvězdného katalogu
Sluneční soustava prolétá troskami supernovy již 33 000 let – Vesmír dnes
Proleťte se nejpodrobnější 3D mapou vesmíru, která kdy byla vyrobena – Universe Today