Schießen Sie vom Mos Eisley Space PortDer Millennium Falcon trägt unsere Tatooine-Abenteurer und bringt Luke Skywalker über die Schwelle ins All. Als Imperial Star Destroyers geschlossen wird, beklagt Luke Han Solos Verzögerung beim Sprung in den Hyperraum.
Es braucht Zeit, um diese Berechnungen mit Falcons „Navicomputer“ durchzuführen. Han erklärt, dass sie sonst „direkt durch einen Stern fliegen“ oder „zu nahe an eine Supernova springen“ könnten. (Wahrscheinlich der gleiche Effekt von jedem – sind Supernovae auch widerstandsfähig?)
Himmelsberechnungen sind notwendig, um herauszufinden, wohin Sie gehen. In Star Wars werden diese von Schiffscomputern oder später von zuverlässigen Astromech-Droiden wie R2-D2 ausgeführt. Zum ersten Mal wurden jedoch Simulationen der Fähigkeit eines unbemannten Schiffes durchgeführt, automatisch im interstellaren Raum zu navigieren.
Obwohl nicht mit Hyperraumgeschwindigkeiten, berücksichtigen die Simulationen Geschwindigkeiten bis zur Hälfte der Lichtgeschwindigkeit. Erstellt von Coryn AL Bailer-Jones Diese Simulationen des Max-Plank-Instituts für Astronomie könnten unser erster Schritt zur Schaffung eigener „Navicomputer“ (oder R2-D2s, wenn sie eine Persönlichkeit haben) sein.
Navigieren Sie wie Voyager 1 und 2
Das am weitesten entfernte Objekt, das wir in den Weltraum geschickt haben, ist die Raumsonde Voyager 1. Sonden wie Voyager aktualisieren ihre Position über Radar- und Funksignale mit der Erde. Sie können tatsächlich Voyager verfolgen Echtzeit-Standort online.
Der Standort des Fahrzeugs wird mithilfe von zwei Bodenstationen auf der Erde und dann der Position eines bekannten hellen Objekts neben der scheinbaren Position (in Richtung, aber nicht in der Nähe) des Raumfahrzeugs trianguliert, z Quasar. Dieses Verfolgungssystem ist wie eine riesige lichtbasierte Nabelschnur, die das Fahrzeug mit der Erde verbindet.
Diese Schiffe haben jedoch keine eigenen Navicomputer oder R2-Einheiten. Alle Führung hängt von der Verbindung zur Erde ab. Sobald sich das Raumschiff außerhalb der Signalreichweite befindet oder das Signal unterbrochen wird, hat das Fahrzeug keine interne Navigationsmöglichkeit mehr.
Sonden wie die Voyager verlieren schließlich die Verbindung zur Erde und bleiben Hunderte von Millionen von Jahren über Wasser. Wir werden vielleicht nie wissen, wo sie landen oder wer sie findet – wenn jemand da ist.
Navigiere mit einem Pulsar durch ein Raumschiff
Wenn wir das Fahrzeug in den Weltraum schicken wollen, brauchen sie eine Möglichkeit, ohne Anweisungen von der Erde zu navigieren und Kurskorrekturen vorzunehmen. Eine vorgeschlagene Methode ist die Bezugnahme auf bekannte Pulsare.
Pulsare sind die Überreste toter Sterne, die durch katastrophale Supernova-Explosionen entstanden sind. Wenn die Sterne gewaltsam zusammenbrechen, wird ihr Drehimpuls oder Spin auf ein immer kleineres Objekt übertragen – denken Sie wie ein Eiskunstläufer, der seine Arme zurückzieht. Diese Pulsare drehen sich mit bekannten Frequenzen in bekannten Entfernungen.
Sie können als interstellare GPS-Satelliten verwendet werden, um festzustellen, wo Sie sich im 3D-Raum befinden. Es gibt jedoch einige Debatten darüber, wie genau dieses System ist, da Sie sich nur auf eine Handvoll Pulsare und Weltraumstaub / -gas, das sogenannte, verlassen müssen Interstellares MediumDies könnte zu Fehlern bei diesen Pulsarberechnungen führen.
Deshalb schlägt Bailer-Jones eine Methode vor, die so alt ist wie das Navigieren auf See. Verwenden Sie einen Sextanten. Die Himmelsnavigation wird seit Jahrhunderten auf dem Ozean durchgeführt. Schiffe würden einen Sextanten verwenden, um den Winkel oder „Winkelabstand“ zwischen einem Stern oder der Sonne und dem Horizont zu messen und seine Position auf der Erdoberfläche zu berechnen.
Ein Raumschiff tief im interstellaren Raum könnte eine ähnliche Technik verwenden, um den Winkelabstand zwischen Sternen basierend auf ihrer zeitlichen Änderung der Position zu messen und zu extrapolieren, wenn sich das Schiff relativ zu diesen Sternen befindet.
Sterne bewegen sich aus zwei Gründen, wenn Sie durch den Weltraum reisen. Die erste ist die Parallaxe, die wahrgenommene Bewegung eines Objekts, die durch Ihre Änderung des Blickwinkels verursacht wird. Sie können diese Positionsänderung sehen, wenn Sie eine Ihrer Hände auf Armlänge halten und Ihre Finger mit einem geschlossenen Auge und dem anderen betrachten. Ihre Finger scheinen sich zu bewegen. Wir sehen, wie sich der Himmel auf ähnliche Weise bewegt.
Während sich unsere Erde um die Sonne dreht, erleben wir die Veränderung der Position der Sterne. Wenn wir uns auf einer Seite unserer Spur befinden, ist es, als würden wir mit einem offenen Auge in den Himmel schauen, wie im Beispiel der Hand. Sechs Monate später schauen wir mit dem anderen Auge auf die andere Seite der Sonne. Der Betrag, um den sich ein Stern verschiebt, gibt uns eine Entfernungsberechnung zu diesem Stern in Parsec. (Ähm … Han Solo, passt du auf? Parsec ist eine Entfernungsmessung.)
Ein Stern, der eine Parsec entfernt ist, scheint seine Position am Himmel um eine „Bogensekunde“ (eine 3600) zu ändernth ein Grad am Himmel) in 6 Monaten unserer Umlaufbahn um die Sonne. Eine Parsec entspricht etwa 3,26 Lichtjahren. Wie bei einem sich bewegenden Raumschiff bewegt sich ein Stern, der 1 Parsec entfernt ist, 1 Bogensekunde für jede AU (astronomische Einheit = mittlere Entfernung zwischen Erde und Sonne = ungefähr 150 Millionen km), die das Schiff durch den Weltraum fährt.
Im Gegensatz zur bodengestützten Beobachtung des Raumfahrzeugs funktionieren entfernte Quasare in diesem Szenario nicht, da sie einfach zu astronomisch entfernt sind. Der der Erde am nächsten gelegene Quasar ist eine halbe Milliarde Lichtjahre entfernt, sodass der Parallaxeeffekt praktisch unsichtbar ist. Stattdessen würde das Fahrzeug die nächsten und hellsten Sterne beobachten, um auf seiner Reise Messungen durchzuführen, da diese Sterne den größten Parallaxeeffekt zeigen.
Sterne scheinen auch ihre Position zu ändern, wenn sie sich selbst durch die Milchstraße bewegen. Je näher wir diesen Sternen in einem sich bewegenden Raumschiff sind, desto deutlicher wird ihre eigene Bewegung im Laufe der Zeit. Die Änderung der scheinbaren Position des Sterns am Himmel aufgrund dessen tatsächlich Bewegung durch den Raum relativ zum Schiff wird „Aberration“ genannt.
Das Raumschiff kann die Änderungen der Position eines Sterns von Parallaxe oder Aberration unterscheiden. Die beiden Bewegungsarten Parallaxe und Aberration können zusammen zwei Dinge über das Raumschiff sagen, die wir wissen müssen. Parallaxe gibt uns eine Echtzeitposition des Raumfahrzeugs im 3D-Raum. Aberration gibt uns die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs relativ zur Bewegung dieser Sterne.
Damit das System funktioniert, würde das Raumschiff eine Sternenkarte mit bekannten Sternpositionen und Geschwindigkeiten tragen, die bereits von der Erde kartiert wurden, wobei Daten von Sternenkartenmissionen wie z Gaia und Hipparcos. Nur Gaia kartiert 1% der Galaxie … was nicht viel zu sein scheint, bis Sie erkennen, dass es so ist 1 MILLIARDE Sterne. Wenn unser Fahrzeug auch nur ein paar Lichtjahre in den Weltraum reisen soll – viel weiter als je zuvor -, ist diese Karte mehr als genug.
Simulation eines Navigationscomputers
Es müssen einige Annahmen über das virtuelle Raumschiff getroffen werden, das wir in das Universum senden, das Bailer-Jones für die Simulation auswählt. Gaia kann eine Genauigkeit bei Winkelabständen zwischen Sternen von weniger als Millisekunden erreichen. Wirklich schöne Messungen. Um sicher zu gehen, wird bei dieser Simulation davon ausgegangen, dass das Raumschiff mindestens eine Bogensekunde messen kann.
Wir wissen nicht, wie leistungsfähig die Navigationswerkzeuge des Fahrzeugs sein können. Beachten Sie, dass eine interstellare Sonde wahrscheinlich kompakt sein und auch andere Messgeräte tragen muss. Genauere Winkelmessungen bedeuten größere Teleskope zum Navigieren.
Das Raumschiff kann unter Verwendung vorhandener Sternenkarten auf die vorhergesagten Richtungen und Geschwindigkeiten der Sterne relativ zum Raumschiff zugreifen. Das Schiff misst die Winkelabstände zwischen einer Auswahl dieser Sterne und einem Referenzstern, auf den ein Sextant an Bord immer gerichtet ist. In diesem Fall könnte dieser Stern unsere eigene Sonne sein, aber jeder Stern kann verwendet werden, und das ist ein wichtiger Hinweis, da der springende Punkt dieses Systems darin besteht, dass die Navigation unabhängig davon funktioniert, wo Sie begonnen haben.
Durch Simulationen wurde das Fahrzeug zwischen 0,1 und 10 Lichtjahren von der Erde entfernt platziert – eine höhere Schätzung, wie weit unsere ersten Versuche interstellarer Reisen gehen werden. Denken Sie daran, dass der Stern, der unserem am nächsten liegt, Proxima Centauri, nur 4,2 Lichtjahre entfernt ist. Auch das wäre toll.
Das Schiff wird auch mit Geschwindigkeiten von 0 bis 500 km / s und relativistisch (Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit) bis 0,5 c (0,5-fache Lichtgeschwindigkeit – NICHT 0,5) simuliert Vergangenheit Lichtgeschwindigkeit). Wenn wir zu einem anderen Sonnensystem gehen wollen, müssen wir wahrscheinlich mit einem guten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit reisen, und die Simulation wird erfassen wollen, wie sich dies auf unsere Navigation auswirkt, wenn überhaupt.
Die Ergebnisse der Simulation: Ja, Sie können herausfinden, wo Sie sich im Weltraum befinden! Zweitens bestimmte Bailer-Jones mit welcher Genauigkeit. Wenn das Raumfahrzeug beispielsweise 10 Sterne als Referenzpunkt mit einer Winkelmessung von 1 Zoll mit einer Genauigkeit von 0,39 Grad verwendet, kann es bestimmen, wo es sich innerhalb einer Positionsgenauigkeit von 5AU und einer Geschwindigkeitsgenauigkeit von 5 km / s befindet. Nicht schlecht. 5AU ist jedoch eine große Blase.
Mit Hilfe von 100 Sternen kann sich das Fahrzeug jedoch innerhalb von 1,2 AE lokalisieren und seine Geschwindigkeit auf 0,6 km / s genau bestimmen. Darüber hinaus ändert das Fahren mit relativistischen Geschwindigkeiten nichts an der allgemeinen Fähigkeit des Schiffes, zu wissen, wo es sich befindet. (Wir überlassen das Problem der nächsten Generation von FTL-Schiffen)
Wenn Sie die Genauigkeit der Winkelentfernungsmessung auf 0,1 Bogensekunden erhöhen, kann der Schiffsstandort mit nur 20 Sternen bis zu 0,3 AE und die Geschwindigkeit bis zu 200 m / s gemessen werden. Jede zusätzliche Möglichkeit, die Messgenauigkeit zu erhöhen, reduziert die Anzahl der Gesamtberechnungen, die Sie durchführen müssen. Hoffentlich weiß Han das.
Als ich Bailer-Jones ‚Forschungen las, fühlte ich eine Verbindung zu unserem winzigen virtuellen Raumschiff, das durch die Sterne flog. Dies ist ein langer Weg vom Hyperraum entfernt, und wir fliegen nicht schnell genug, um uns Gedanken über das Fliegen zu machen durch andere Sterne, aber wir können gleich fliegen zu andere Sterne. Ich hoffe nur, dass die Navigationscomputer des Schiffes zumindest eine Art Science-Fiction-Thema bekommen. R2? L3? Zäh? … Chekov? Jeder von denen würde tun.
Dieser Artikel wurde ursprünglich am veröffentlicht Universum heute durch Matthew Cimone. Lies das Originalartikel hier.
