Imagine la escena: es un futuro no muy lejano y la humanidad ha comenzado a construir colonias y hábitats en todo nuestro sistema solar. Nos estamos preparando para dar el siguiente gran paso hacia lo desconocido: dejar la acogedora protección de la heliosfera del Sol y aventurarnos en el espacio interestelar. Sin embargo, antes de que este futuro pueda suceder, hay algo importante que a menudo se pasa por alto en las discusiones sobre este tema.
Navegación.
Así como los marineros alguna vez usaron las estrellas para navegar por el mar, los viajeros espaciales pueden usar las estrellas para navegar el sistema solar. Excepto que esta vez, las estrellas que usaríamos serán muertas. Una clase específica de estrellas de neutrones conocidas como púlsares, definidas por los pulsos repetidos de radiación que emiten. El truco, según un artículo reciente, puede ser utilizar púlsares como una forma de GPS interplanetario, y posiblemente incluso interestelar.
Las teorías e ideas sobre motores de naves espaciales son abundantes. Fundaciones como Icarus Interstellar abogan por el desarrollo de nuevos sistemas de propulsión, con algunos sistemas como los propulsores VASIMR que parecen bastante prometedores. Mientras tanto, se espera que los cohetes de fusión puedan llevar a los pasajeros en un viaje de ida y vuelta de la Tierra a Marte en solo 30 días, y los investigadores de otros lugares están trabajando en unidades de distorsión de la vida real, no muy diferentes de las que todos conocemos y amamos de las películas.
GPS interplanetario
Pero la navegación es igual de importante. Después de todo, el espacio es increíblemente vasto y en su mayoría vacío. La posibilidad de perderse en el vacío es, francamente, aterradora.
Hasta la fecha, esto no ha sido realmente un problema, especialmente porque hemos enviado un pequeño puñado de naves más allá de Marte. Como resultado, actualmente utilizamos una mezcla desordenada de técnicas para realizar un seguimiento de las naves espaciales desde aquí en la Tierra, esencialmente rastreando con telescopios mientras confiamos en gran medida en su trayectoria planificada. Esto también es tan preciso como lo son nuestros instrumentos aquí en la Tierra, lo que significa que a medida que una nave se hace más distante, nuestra idea de dónde está exactamente se vuelve cada vez menos precisa.
Esto está muy bien cuando solo tenemos que rastrear algunas naves, pero cuando los viajes espaciales se vuelven más fáciles de alcanzar y los pasajeros humanos están involucrados, enrutar todo a través de la Tierra comenzará a ser cada vez más difícil. Este es particularmente el caso si estamos planeando abandonar los confines de nuestra estrella de origen: la Voyager 2 está actualmente a más de 14 horas de luz, lo que significa que las transmisiones basadas en la Tierra tardan más de medio día en llegar.
Navegar por la Tierra con tecnología moderna es bastante simple gracias a la variedad de satélites GPS que tenemos en órbita alrededor de nuestro mundo. Esos satélites son señales de tránsito constante que, a su vez, son recibidas por la unidad GPS que puede tener en el tablero de su automóvil o en su bolsillo. Al igual que con todas las demás transmisiones electromagnéticas, esas señales viajan a la velocidad de la luz, lo que genera un ligero retraso entre el momento en que se transmitieron y el momento en que se recibieron. Al usar las señales de 4 o más satélites y cronometrar esos retrasos, una unidad GPS puede determinar su ubicación en la superficie de la Tierra con notable precisión.
El sistema de navegación de púlsar propuesto por Werner Becker, Mike Bernhardt y Axel Jessner en el Instituto Max Planck, funciona de manera muy similar, utilizando los pulsos emitidos por los púlsares. Al conocer la posición inicial y la velocidad de su nave espacial, registrar esos pulsos y tratar al Sol como un punto de referencia fijo, puede calcular su ubicación exacta dentro del sistema solar.
Considerar que el Sol se arregle de esta manera se conoce técnicamente como un marco de referencia inercial, y si compensa el movimiento del Sol a través de nuestra galaxia, ¡el sistema aún funciona perfectamente cuando abandona el sistema Solar! ¡Todo lo que necesita es hacer un seguimiento de un mínimo de 3 púlsares (idealmente 10, para obtener los resultados más precisos), y puede determinar su ubicación con una precisión sorprendente!
Curiosamente, la idea de usar púlsares como balizas de navegación se remonta a 1974, especialmente poco después de que Carl Sagan haya usado púlsares para mostrar la ubicación de la Tierra en las placas conectadas a las sondas espaciales Pioneer 10 y 11. Si el Proyecto Daedalus se hubiera construido alguna vez, podría haber sido equipado con un sistema similar al que se describe aquí.
Embalaje para larga distancia
Becker y sus colegas observaron los diferentes tipos de púlsar visibles en el cielo, y seleccionaron un tipo conocido como púlsares de rotación como el mejor tipo para usar en un sistema de posicionamiento galáctico. En particular, un subtipo de estos conocidos como púlsares de milisegundos son ideales. Al ser más antiguos que la mayoría de los púlsares, tienen campos magnéticos débiles, lo que significa que tardan mucho tiempo en reducir su velocidad de rotación, lo que es útil ya que los púlsares fuertemente magnetizados a veces pueden cambiar su velocidad de rotación sin previo aviso.
Con innumerables púlsares para elegir, la pregunta gira en torno a cómo podría equipar su nave espacial para rastrearlos. Los púlsares son más fáciles de detectar en rayos X u ondas de radio, por lo que hay una pequeña opción sobre cuál puede ser mejor usar. Esencialmente, todo resulta ser una cuestión de qué tan grande es su nave espacial.
Los vehículos más pequeños, más parecidos a las naves espaciales modernas, serían mejores utilizando rayos X para rastrear los púlsares. Los espejos de rayos X, como los que se usan en ciertos telescopios espaciales en órbita, son compactos y livianos, lo que significa que se podrían agregar algunos para un sistema de navegación sin aumentar demasiado la masa total de la nave. Pueden tener la desventaja menor de que pueden ser fácilmente dañados por una fuente de rayos X que es demasiado brillante, esto no sería un problema, excepto en algunas circunstancias desafortunadas.
Por otro lado, si estás pilotando una gran nave espacial entre planetas o incluso estrellas, probablemente sería mejor usar ondas de radio. En radiofrecuencias, sabemos mucho más acerca de la forma en que funcionan los púlsares, así como también de poder medirlos con un mayor grado de precisión. El único inconveniente es que los radiotelescopios que necesitaría instalar en su barco requerirían un área de al menos 150 m². Pero entonces, si por casualidad estuvieras volando una nave espacial, ese tipo de tamaño probablemente no haría mucha diferencia.
Es interesante tener en cuenta la forma en que los astrónomos utilizan con frecuencia la analogía de que los púlsares son "como faros" cuando explican por qué parecen pulsar. Si algún día nos encontramos usándolos como ayudas de navegación reales, ¡esa analogía puede tener un significado completamente nuevo!
Las imágenes se usan aquí con el amable permiso de Adrian Mann de Icarus Interstellar, cuya galería completa se puede ver en línea en bisbos.com
