فقد في الفضاء؟ إليك طريقة جديدة للعثور على طريق العودة إلى المنزل.

بالعربي/ الفضاء كبير – كبير حقًا. وإذا كنت ترغب في الإبحار بنجاح في الأعماق البينجمية لمجرة درب التبانة ، فستحتاج إلى نوع من النظام الموثوق به. يحاول اقتراح جديد إبقاء الطريقة بسيطة قدر الإمكان: استخدام أزواج من النجوم لتوفير إطار مرجعي للمجرة. 

داخل نظامنا الشمسي ، تعتمد المركبات الفضائية بين الكواكب على أنظمة الملاحة الأرضية . عندما نرسل إشارة لاسلكية إلى مركبة فضائية وترد ، يمكننا استخدام التأخير الزمني للرد لحساب المسافة. يمكننا أيضًا مراقبة المركبة الفضائية في السماء ، ومن خلال الجمع بين كل تلك المعلومات (الموقع في السماء والمسافة من الأرض) ، يمكننا تحديد موقع المركبة الفضائية في النظام الشمسي وتقديم هذه المعلومات إلى المركبة الفضائية نفسها.

يمكننا أيضًا استخدام إزاحة دوبلر لتلك الموجات الراديوية لتقدير السرعة التي تتحرك بها المركبة الفضائية بعيدًا عن الأرض. باستخدام الأطباق المنتشرة في جميع أنحاء كوكبنا ، يمكننا قياس التأخير من وصول إشارة مركبة فضائية إلى طبق مقابل آخر. عندما نجمع هذه البيانات مع معلومات الموقع ، يكون لدينا قفل كامل سداسي الأبعاد للمركبة الفضائية: أبعادها الثلاثة للموضع وأبعادها الثلاثة للسرعة.

تعتمد هذه الطريقة على شبكة من أنظمة الرادار الأرضية ، وكلها على اتصال دائم بالمركبة الفضائية. تعمل هذه التقنية مع المركبات الفضائية داخل النظام الشمسي ، وبالكاد ، مجسات ناسا التوأم فوييجر .

لكن أي مهمات بين النجوم ستحتاج إلى نهج جديد: سيتعين عليها التنقل بشكل مستقل. من حيث المبدأ ، يمكن لهذه المركبات الفضائية أن تستخدم أنظمة على متنها ، مثل الساعات والجيروسكوبات ، لكن المهمات بين النجوم ستستمر لعقود على الأقل ، وستؤدي الأخطاء الصغيرة والشكوك في تلك الأنظمة الموجودة على متنها بلا شك إلى انحراف تلك المركبات عن مسارها.

هناك أيضًا خيار استخدام النجوم النابضة ، أو تدوير الأشياء التي تبدو وكأنها تومض ، أو تنبض ، على فترات منتظمة. نظرًا لأن كل نجم نابض له فترة دوران فريدة ، يمكن أن تكون هذه الأجسام بمثابة منارات موثوقة لبعثات الفضاء السحيق. لكن هذا لا يعمل إلا داخل فقاعة صغيرة نسبيًا بالقرب من نظامنا الشمسي ، لأن قياسات فترة الدوران يمكن أن تتلوث بالغبار بين النجوم ، وبمجرد أن تفقد مسار أي نجم نابض ، فإنك تضيع.

النجمة الثانية من اليمين 

لذلك تحتاج المركبات الفضائية البينجمية إلى طريقة بسيطة وموثوقة لتقدير موقعها داخل المجرة. تقدم ورقة بحثية جديدة نُشرت مؤخرًا على خادم ما قبل الطباعة arXiv.org مثل هذا الحل: النجوم أنفسهم.

تعتمد هذه التقنية على مفهوم قديم جدًا: اختلاف المنظر . إذا قمت بلصق إصبعك أمام أنفك وقمت بإغلاق عينيك بالتناوب ، سيظهر إصبعك وهو يهتز. يأتي التغيير في موضعه الظاهري من وجهة نظر جديدة عندما تنتقل من عين إلى أخرى. إذا قمت بنفس التمرين أثناء النظر إلى شيء بعيد ، فسيظهر هذا الكائن وكأنه يتذبذب بدرجة أقل.

من خلال المنظر تمكن العلماء أولاً من قياس المسافة إلى النجوم ، ومن خلال اختلاف المنظر يمكن للمركبة الفضائية التي تتجول بعيدًا عن المنزل أن تحصل على اتجاهاتها. قبل الإطلاق ، نقوم بتحميل المركبة الفضائية بخريطة دقيقة لجميع النجوم المعروفة في محيطنا من المجرة. بعد ذلك ، عندما تبتعد المركبة عن النظام الشمسي ، فإنها تقيس المسافات النسبية بين أزواج متعددة من النجوم. أثناء تحركها ، يبدو أن النجوم الأقرب إلى المركبة الفضائية تتحول بشكل ملحوظ ، بينما تظل النجوم البعيدة ثابتة نسبيًا.

من خلال قياس أزواج متعددة من النجوم ومقارنة القياسات مع الكتالوج الأصلي القائم على الأرض ، يمكن للمركبة الفضائية معرفة أي النجوم هي ، ومدى بُعدها عن تلك النجوم ، مما يمنح المركبة الفضائية موقعًا دقيقًا ثلاثي الأبعاد في المجرة.

تأثير نسبي 

إن الحصول على سرعة المركبة الفضائية أصعب قليلاً ، وهو يعتمد على نزوة غريبة تتعلق بالنسبية الخاصة. نظرًا لمحدودية سرعة الضوء ، إذا كنت تتحرك بسرعة كافية ، يمكن أن تظهر الأشياء في مواقع مختلفة عما هي عليه بالفعل. على وجه التحديد ، سيبدو موضع الجسم وكأنه قد تم إزاحته في اتجاه حركتك. يسمى هذا التأثير بالانحراف ، وهو قابل للقياس من الأرض: عندما يدور كوكبنا حول الشمس ، يبدو أن النجوم تتأرجح بلطف ذهابًا وإيابًا في السماء.

طالما أن المركبة الفضائية تتحرك بسرعة كافية (وإذا أردنا أن تستمر مهمة بين النجوم لعقود ، وليس آلاف السنين ، فلا بد من ذلك) ، ستكون الأنظمة الموجودة على متنها قادرة على قياس هذا الانحراف. من خلال ملاحظة النجوم التي تم إزاحتها بعيدًا عن موقعها المتوقع ومقدارها ، يمكن للمركبة الفضائية أن تحدد سرعتها ثلاثية الأبعاد.

عند أخذ قياسات المنظر ، يمكن للمركبة الفضائية استعادة إحداثياتها السداسية الأبعاد الكاملة داخل المجرة ؛ إنها تعرف أين هي وإلى أين تتجه.

ما مدى دقة هذه التقنية؟ وفقًا للورقة ، إذا تمكنت المركبة الفضائية من قياس مواضع 20 نجمة فقط في غضون ثانية قوسية واحدة من الدقة (الثانية القوسية هي 1/60 من الدقيقة القوسية ، والتي هي نفسها 1/60 درجة) ، فيمكنها تحديد موقعه داخل المجرة بدقة 3 وحدات فلكية (AU) وسرعته في حدود 2 كيلومتر في الثانية (1.2 ميل في الثانية). واحد AU يساوي متوسط ​​المسافة بين الأرض والشمس – حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) – لذلك 3 AU تساوي حوالي 279 مليون ميل (450 مليون كيلومتر). هذا يبدو كثيرًا ، لكنه الفول السوداني مقارنة بآلاف الاتحاد الأفريقي بين النجوم.

لدينا مواقع دقيقة للوصول إلى أكثر من 20 نجمًا ، لذا يمكننا تحميل المركبة الفضائية بكتالوج يضم مئات الملايين من النجوم لاستخدامها في رحلتها. كل واحدة يمكن للمركبة الفضائية قياسها ستساعد في تحديد موقعها بدقة أكبر.

الآن كل ما نحتاجه هو مركبة فضائية بين النجوم.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com