Pulsarii și navigația galactică

Sistemul de poziționare globală (GPS) este o unealtă modernă extrem de eficace: indiferent unde ne află pe suprafața Pământului, ne poate spune cu o precizie de doar câțiva metri poziția noastră, grație constelației de sateliți aflați pe orbită. Cei 24 de sateliți sunt astfel poziționați încât din oricare punct de pe suprafața planetei să fie vizibili la un moment dat minim 4 sateliți. Aceștia se află la o altitudine de 20000 km și se deplasează cu o viteză de 14000 km/h. Fiecare satelit și are la bord un ceas atomic cu o prezicie de 1 nanosecundă și fiecare satelit emite constant semnale ce conțin, printre altele, codul satelitului și timpul precis la care respectivul semnal a fost emis. Receptorul GPS de la sol primește acest semnal și poate măsura timpul care s-a scurs de la emiterea semnalului de către un anumit satelit și recepția lui (semnalul radio se deplasează cu viteză luminii). Receptorul GPS are stocat un tabel ce conține poziția tuturor celor 24 de sateliți GPS și prin decodificare semnalului primit, poate cunoște distanța sa de respectivul satelit. Interceptând semnale radio de la cel puțin 4 sateliți și cunoscând poziția lor grație tabeului de la bord, poate afla cu precizie locația pe suprafața planetei.

Evident, în timp, pozițiile sateliților sunt afectate de diverși factori, dar tabelul de la bordul receptorului GPS este mereu adus la zi. Și pentru că un ceas atomic este prea scump pentru un receptor GPS casnic, acesta are în componență un ceas banal, care este periodic reglat după ceasurile atomice ale rețelei de sateliți GPS. Mai mult de atât, sateliții țin cont și de efectele relativiste, în caz contrar, erorile cumulate ar face imposibilă navigarea prin GPS după nu mai puțin de 2 minute (un argument solid pentru cei care se întreabă la ce folsim fizica teoretică în viața de zi cu zi). În mare, mai mult sau mai puțin exact, acestea sunt principiile după are funcționează și restul rețelelor de navigație (Glonass, Galileo, Compass).

Însă toate aceste rețele ne pot furniza informații despre poziția noastră pe suprafața Pământului sau în atmosfera acestuia. Ce ne facem însă atunci când vrem să navigăm dincolo de orbita Pământului? Ei bine, sateliții GPS nu ne mai ajută. În prezent, pentru a stabili distanța de Pământ și poziția în sistemul solar, se măsoară diferențele dintre comunicațiile radio. Este un mecanism complex care implică mai multe antene de pe Pământ îndreptate spre navă iar erorile cresc direct proporțional cu distanța. Spre exemplu, pentru sondele Voyager aflate la 18 miliarde de kilometri depărtare, erorile în determinarea poziției sunt de ordinul sutelor de kilometri.

Acest lucru se poate schimba în viitor. O echipă ce cercetători germani propun folosirea pulsarilor pentru determinarea precisă a locației… oriunde în galaxie. Pulsarii sunt miezuri stelare care rezultă în urma supernovelor, aflate în rotație și care emit regulat fascicule de radiație electromagnetică (raze X). Materia care a format cândva o stea colapsează  gravitațional și întreaga masă a stelei este compactată într-un corp cu raza de 12 kilometri. Momentul cinetic al stelei se conservă, dar de data asta raza obiectului este cu mult mai mică, ceea ce duce la o viteză de rotație mai mare. Perioada de rotație a pulsarilor variază de la câteva miliesecunde până la câteva secunde, iar precizia lor este apropiată de cea a ceasurilor atomice.

O sondă sau o navă cosmică poate folosi razele X emise de pulsari la fel cum navele maritime foloseau în trecut farurile din porturi. Fiecare pulsar are o poziție bine determinată și o perioadă (și frecvență) proprie, astfel că un receptor de raze X de la bord, folosind informațiile de la mai mulți pulsari cunoscuți, poate determina poziția navei oriunde în galaxie cu o precizie de doar 5 kilometri (ceea ce, la scară galactcă, este chiar impresionant).

Singurul impediment pentru a implementa în prezent această tehnologie este hardware-ul necesar pentru detecția razelor X. Telescoapele spațiale orbitale construite și lansate în acest scop sunt în prezent mari și grele, așa că inginerii vor trebui să miniaturizeze această tehnologie pentru ca sistemul de navigație galactic oferit de pulsari să fie viabil. Detectoarele de radiație X trebuie să fie de 100 de ori mai mici și mai ușoare pentru ca ideea să devină viabilă, dar în 15-20 de ani acest lucru ar ptea fi o realitate deoarece astfel de detectoare fac deja parte din planurile pentru următoarea generație de telescoape spațiale.