GPSとしてパルサーを使用して太陽系をナビゲート

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シーンを描く：それほど遠くない未来であり、人類は太陽系全体にコロニーと生息地を構築し始めました。私たちは未知への次の大きな一歩を踏み出す準備をしています。実際には太陽の太陽圏の居心地の良い保護を残し、星間空間に冒険しています。ただし、この未来が実現する前に、この問題に関する議論では見過ごされがちな重要なことがあります。

ナビゲーション。

かつて船員が星を使って海をナビゲートしていたように、宇宙旅行者は星を使って太陽系をナビゲートできるかもしれません。今回を除いて、私たちが使用する星は死んだものになります。パルサーと呼ばれる中性子星の特定のクラス。それらが放出する放射の繰り返しパルスによって定義されます。最近の論文によると、トリックは惑星間-そしておそらく星間-さえもGPSの形式としてパルサーを使用することかもしれません。

宇宙船エンジンの理論やアイデアはたくさんあります。 Icarus Interstellarなどの財団は、新しい推進システムの開発を熱心に支持しており、VASIMRスラスタなどのいくつかのシステムはかなり有望に見えます。一方、核融合ロケットは、地球から火星までの往復でわずか30日で乗客を乗せることができると予想されており、他の研究者たちは、私たち全員が知っていて映画で気に入っているものとは異なり、実際のワープドライブに取り組んでいます。

惑星間GPS

しかし、ナビゲーションも同様に重要です。結局のところ、スペースは心が溶けて広大であり、ほとんどが空です。空虚で迷子になる見通しは、率直に言って恐ろしい。

これまでのところ、これは実際には問題ではありません。特に、火星を通過したのはほんの一握りの工芸品だけであるためです。その結果、私たちは現在、地球上の宇宙船を追跡するために、乱雑なテクニックを使用しています。つまり、計画された軌道に大きく依存しながら、望遠鏡でそれらを追跡しています。これはまた、地球上の私たちの楽器と同じくらい正確です。つまり、クラフトが遠くなればなるほど、正確にどこにあるのかという私たちの考えはますます正確でなくなります。

追跡するクラフトが少ない場合はこれで問題ありませんが、宇宙旅行がより容易に達成でき、人間の乗客が関与するようになると、地球全体にすべてをルーティングすることがますます難しくなります。これは、私たちがホームスターの領域を離れる予定である場合に特に当てはまります。Voyager2は現在14光時間以上離れています。つまり、地球ベースの送信が到達するまでに半日以上かかります。

最新のテクノロジーで地球をナビゲートするのは、私たちが世界中を周回しているGPS衛星の配列のおかげで、非常に簡単です。これらの衛星は常に信号を送信しており、信号は車のダッシュボードやポケットにあるGPSユニットによって受信されます。他のすべての電磁送信と同様に、これらの信号は光速で移動するため、送信されてから受信されるまでの間にわずかな遅延が生じます。 GPSユニットは、4つ以上の衛星からの信号を使用し、それらの遅延のタイミングを計ることで、地球の表面上の位置を驚くべき精度で正確に特定できます。

Max Planck InstituteのWerner Becker、Mike Bernhardt、Axel Jessnerによって提案されたパルサーナビゲーションシステムは、パルサーによって放出されるパルスを使用して非常によく似た方法で機能します。宇宙船の初期位置と速度を知り、それらのパルスを記録し、太陽を固定基準点として扱うことにより、太陽系内の正確な位置を計算できます。

太陽がこのように修正されることを考慮すると、技術的に慣性参照フレームと呼ばれます。銀河を通して太陽の動きを補正しても、太陽系を離れるときにシステムは完全に機能します。必要なのは、最低3つのパルサー（最も正確な結果を得るには理想的には10）を追跡することだけであり、驚くべき精度で位置を正確に特定できます。

興味深いことに、ナビゲーションビーコンとしてパルサーを使用するという考えは1974年にさかのぼります。特に、カールセーガンがパルサーを使用してパイオニア10と11の宇宙探査機に取り付けられたプラーク上の地球の位置を示した後のことです。プロジェクトダイダロスがこれまでに建設されたことがあれば、ここに記載されているものと同じシステムが装備されている可能性があります。

長距離用のパッキング

ベッカーと彼の同僚は、空に見えるさまざまな種類のパルサーを見て、銀河系の測位システムに使用するのに最適なタイプとして、回転駆動パルサーと呼ばれるタイプを選びました。特に、ミリ秒パルサーとして知られているこれらのサブタイプが理想的です。ほとんどのパルサーよりも古く、磁場が弱いため、スピン速度を遅くするのに長い時間がかかります。強く磁化されたパルサーは、警告なしに回転速度を変更できる場合があるため便利です。

無数のパルサーから選択できるので、問題は、それらを追跡するために宇宙船にどのように装備できるかということになります。パルサーはX線または電波のどちらかで見つけるのが最も簡単なので、どちらを使用するのが良いかについては少し選択肢があります。基本的に、それはすべて、宇宙船の大きさの問題であることがわかります。

現代の宇宙船により近い小型の車両は、パルサーを追跡するためにX線を使用するのが最善です。 X線ミラーは、特定の軌道宇宙望遠鏡で使用されているものと同様に、コンパクトで軽量です。つまり、クラフト全体の質量をそれほど増加させることなく、ナビゲーションシステムにいくつか追加することができます。それらは、X線源が明るすぎるために簡単に損傷を受ける可能性があるというマイナーな欠点を持っている可能性があります。これは、いくつかの不幸な状況を除いて問題にはなりません。

一方、惑星や星の間で大きな宇宙船を操縦している場合は、電波を使用するほうがよいでしょう。無線周波数では、パルサーがどのように機能するか、さらに高い精度でパルサーを測定できることについて、私たちは多くのことを知っています。唯一の欠点は、船に設置する必要がある電波望遠鏡が少なくとも150²の面積を必要とすることです。しかし、もしあなたがたまたま宇宙船を飛ばしているなら、その種類のサイズはおそらく大した違いをもたらさないでしょう。

なぜ天文家が脈動しているように見えるかを説明するときに、「灯台のような」パルサーの類推を頻繁に使用する方法を覚えておくことは興味深いです。いつか実際のナビゲーション補助としてそれらを使用することに気づいたら、そのアナロジーはまったく新しい意味を持つかもしれません！