星間で迷子になるのではないかと心配ですか?家に帰る道を見つけるのに役立つ新しい方法、本当に良いです

新しい恒星間航行システム

星間空間に向かうボイジャー探査機の想像図（画像提供：NASA/JPL）

宇宙は広大で無限です。人類が天の川の奥深くを探検したいのであれば、正確で信頼性の高いナビゲーションシステムが不可欠です。最もシンプルな技術で恒星間航行を実現する新しいアイデア、つまり、恒星のペアを使用して銀河レベルの参照システムを確立するというアイデアが提案されました。

太陽系内の惑星間旅行は、地球をベースとしたナビゲーション システムに依存しています。地上から宇宙船に電波を送り、宇宙船はエコーを受信・送信し、2つの信号間の遅延時間から宇宙船と地球の距離を計算します。同時に、宇宙船をリアルタイムで監視することで、空中での位置を把握することができます。これら 2 つの情報 (空中の宇宙船の位置と地球からの距離) を組み合わせることで、太陽系内の宇宙船の正確な位置を取得し、このデータを宇宙船に送信することができます。

宇宙船の速度の推定は電波のドップラー効果に依存します。地球の周囲には信号受信機が点在しており、宇宙船からのエコーはこれらの受信機に異なる時間に到達します。さまざまな受信機からのデータを測定し、それを宇宙船の位置パラメータと組み合わせることで、宇宙船の 3 次元座標と 3 次元速度を含む完全な 6 次元データ セットが得られます。

この方法が機能するのは、地球上で信号を絶えず送受信するレーダー ネットワークがあるからです。しかし、この衛星は太陽系内の宇宙船のナビゲーション機能しか提供できず、すでに太陽系外へ飛び出しているボイジャー2号の探査機にはほとんど対応できない。

恒星間を移動する宇宙船には、新しい自律航法システムが必要になります。理論的には、宇宙船自体のクロックパルスとジャイロスコープでこれを実現できる。しかし、数十年かかる恒星間航行の場合、わずかな誤算や不確かな決定によって宇宙船が進路を外れてしまう可能性がある。

もう 1 つの選択肢は、位置決めにパルサーを使用することです。パルサーは一定の回転をしているため、一定のリズムで明滅したり脈動したりします。それぞれのパルサーは回転周期が異なるため、深宇宙の灯台のような役割を果たし、宇宙船を誘導します。残念ながら、この方法は、星間塵がパルサーの回転周期の測定を妨げるため、太陽系の外側の狭い領域でしか機能しません。測定誤差によってこれらの星が混乱すると、私たちは無数の星々の中で迷子になってしまいます。

ピーターパンの配置方法：右から2番目の星

前述のように、星間宇宙船が位置を特定するには、正確で信頼性が高く、簡単な方法が必要です。ネイチャー誌に掲載されたプレプリント論文では、星を参照して直接航行するという解決策が提案された。

この技術は古代の視差の原理に基づいています。指を鼻の前に置き、片方の目を閉じてもう一方の目で指を見ます。前後に揺れているように見えます。これは視点の変化によって生じる視差です。同じように遠くの物体を観察すると、揺れがずっと小さくなることがわかります。

科学者が地球から各星までの距離を測定できるのは、視差の原理に基づいています。同様に、空を漂う宇宙船もこの原理を利用して位置決めを行うことができます。宇宙船が打ち上げられる前に、近くの銀河にあるすべての既知の星の位置情報を事前にロードすることができます。宇宙船が太陽系から遠ざかるにつれて、システムは星の相対的な位置をペアごとに計算します。このとき、宇宙船に近い星の位置の変化は大きいように見えますが、遠くにある星の位置は比較的固定されています。

リアルタイムで測定されたデータを地球上で測定された元のデータと比較することで、宇宙船はこれらの星を識別し、宇宙船と各星間の距離を計算し、正確な3次元座標を得ることができます。

船速の決定：相対論的効果

宇宙船の速度の計算はもう少し複雑で、特殊相対性理論で言及されている奇妙な歪み効果に基づいています。十分に速く移動すると、光の速度は一定になり、見える物体は実際にはある場所には存在しません。もっと具体的に言うと、それらの見かけの位置は、あなたの動きの方向に向かって前方に移動します。これは光行差効果であり、地球上で観測することができます。地球が太陽の周りを回ると、地球上の私たちは星の位置が少しずつ前後に揺れているのを観察するでしょう。

宇宙船は高速で移動しなければならず、そうでなければ恒星間旅行には数十年ではなく数千年かかることになる。速度が十分に速ければ、宇宙船は光行差効果を測定し、どの星が理論的にあるべき場所になく、その位置がどれだけずれているかを知ることができ、宇宙船の3次元速度を計算することができます。

視差測定を使用して、宇宙船はリアルタイムの 6 次元座標を取得し、現在地と目的地を伝えます。問題は、この方法で得られた座標がどの程度正確であるかということです。記事によると、宇宙船が1秒角（1秒角＝1/60分角、1分角＝1/60度の測定単位）の精度で20個の星を測定できると仮定すると、座標誤差範囲は3天文単位以内、速度誤差範囲は2km/秒（1.2マイル/秒）未満となる。

1 AU は太陽から地球までの平均距離で、9,300 万マイル (1 億 5,000 万キロメートル) です。したがって、3 AU の誤差は約 2 億 7,900 万マイル (4 億 5,000 万キロメートル) に相当します。これは大きな違いのように聞こえるかもしれませんが、数千天文単位の星間距離と比較すると、このような誤差は基本的に無視できるほど小さいものです。

さらに、私たちが正確に見つけることができる星は20個をはるかに超えています。私たちは宇宙船システムに数億個の星のデータを読み込んでいます。宇宙船の位置決めはかなりの精度を達成できるようです。

残っているのは、星々の間を旅することができる宇宙船を建造することだけです。

著者:ポール・サッター

FY: レニー

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