Το γαλαξιακό GPS

Τα δορυφορικά συστήματα πλοήγησης, με περισσότερο γνωστό το Global Positioning System ή απλώς GPS, έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμα για την καθημερινότητα πολλών ανθρώπων την τελευταία δεκαετία. Οι περισσότεροι από εσάς σίγουρα θα έχετε συμβουλευτεί κάποιο από τα τέσσερα διαθέσιμα συστήματα δορυφόρων είτε γιατί κάποια στιγμή χαθήκατε τριγυρνώντας σε μέρη άγνωστα, είτε γιατί δε θέλατε να ρισκάρετε να χάσετε το δρόμο σας εξαρχής. Τα συστήματα αυτά (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou), λειτουργούν χάρη σε ένα σύνολο δορυφόρων που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη, ο καθένας εκ των οποίων εκπέμπει συνεχώς ένα σήμα που περιέχει πληροφορίες για τη θέση του δορυφόρου και το χρόνο εκπομπής του σήματος αυτού. Από εκεί και πέρα ο δέκτης, λαμβάνοντας αυτά τα σήματα και με τη βοήθεια του κατάλληλου λογισμικού, τα αποκωδικοποιεί και προσδιορίζει την ίδια του τη θέση με εντυπωσιακή ακρίβεια. Η τεχνολογία αυτή έχει αδιαμφισβήτητα απλοποιήσει σε μεγάλο βαθμό την πλοήγηση των ανθρώπων πάνω στη Γη και όχι μόνο, καθώς η εμβέλειά της καλύπτει όχι μόνο όλη την έκταση της Γης αλλά και όλο το ύψος της ατμόσφαιράς της.

Έχοντας μια λύση λοιπόν για το ζήτημα της πλοήγησης πάνω στον πλανήτη μας και γύρω από αυτόν, εύλογα τίθεται το ερώτημα για τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η πλοήγηση στο υπόλοιπο ηλιακό σύστημα. Σε αυτήν την περίπτωση, η διαπλανητική πλοήγηση γίνεται με τηλεχειρισμό: Το διαστημικό σκάφος μιας τέτοιας αποστολής στέλνει στη Γη ραδιοσήματα που ανιχνεύονται από το Deep Space Network, ένα σύστημα ραδιοτηλεσκοπίων εγκατεστημένων στην επιφάνεια της Γης, από τα οποία οι χειριστές του ενημερώνονται για τη θέση και την ταχύτητά του. Γνωρίζοντας αυτά τα δύο δεδομένα, αυτοί με τη σειρά τους στέλνουν ραδιοσήματα στο διαστημικό σκάφος για να το κατευθύνουν στον διαπλανητικό χώρο. Η ανάδραση αυτή όμως, έχει πεπερασμένη εμβέλεια: όσο απομακρύνεται από τη Γη το διαστημικό σκάφος, τόσο θα εξασθένει το ραδιοσήμα του και κατά συνέπεια τόσο πιό δύσκολος θα γίνεται ο τηλεχειρισμός του. Από ένα σημείο και μετά λοιπόν, το διαστημικό σκάφος θα πηγαίνει όπου φυσάει ο…ηλιακός άνεμος.

Είναι επομένως μια ασφαλής πλοήγηση στο εξώτερο ηλιακό σύστημα ή και πέρα από αυτό, αδύνατη;

Όχι! Κι όμως υπάρχει λύση για να ξεπεραστεί και αυτό το αδιέξοδο. Την προσφέρει και πάλι η αρχή λειτουργίας του GPS. Αν σκεφτεί κανείς ότι αυτό που ουσιαστικά κάνει ο κάθε δορυφόρος ενός συστήματος πλοήγησης είναι να μεταδίδει ανά συγκεκριμένο χρονικό διάστημα τη θέση του, τότε θα καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το μόνο που χρειάζεται για μια ασφαλή πλοήγηση είναι ένα “αντικείμενο” του οποίου γνωρίζουμε με καλή βεβαιότητα τη θέση του, το οποίο να εκπέμπει παλμούς άνα εξαιρετικά τακτά χρονικά διαστήματα. Ευτυχώς για τους μελλοντικούς -τεχνητούς ή φυσικούς- περιηγητές του διαστήματος, αντικείμενα με αυτές τις ιδιότητες υπάρχουν ήδη διάσπαρτα στο Γαλαξία μας, καθώς και σε άλλους γαλαξίες φυσικά.

Πρόκειται για τους πάλσαρ*, μια κατηγορία αστέρων νετρονίων οι οποίοι αποτελούν τα ακριβέστερα “ρολόγια” του Σύμπαντος, καθώς περιστρέφονται γύρω από τον εαυτό τους με εντυπωσιακή περιοδικότητα της τάξης του δευτερολέπτου, όπως κάθε αστέρας νετρονίων (βλ. Εικόνα 2)! Η όλη ιδέα λοιπόν είναι το διαστημικό σκάφος να ανιχνεύει τους παλμούς από έναν αριθμό πάλσαρ, να υπολογίζει τις διαφορές στο χρόνο άφιξής τους και γνωρίζοντας τη θέση τους στο Γαλαξία, να προσδιορίζει αυτόματα τη δικιά του θέση σε σχέση με τον προορισμό του και να διαμορφώνει αναλόγως την πορεία του. Η εμβέλεια αυτού του συστήματος πλοήγησης είναι δυνητικά απεριόριστη, καθώς οι παλμοί των πάλσαρ έχουν χαρακτηριστικά ισχυρή ένταση και συνεπώς είναι ανιχνεύσιμοι από σχεδόν κάθε σημείο του Γαλαξία μας. Η τεχνική αυτή ονομάζεται X-ray pulsar-based navigation, ή εν συντομία ΧNAV.

Τα πρώτα βήματα για την πιθανή χρήση ενός τέτοιου “γαλαξιακού” συστήματος πλοήγησης έχουν γίνει ήδη. Συγκεκριμένα, το 2018 η NASA ανακοίνωσε την επιτυχία της πρώτης δοκιμής λογισμικού (SEXTANT) για τον αυτοπροσδιορισμό της θέσης ενός δορυφόρου. Το πείραμα αυτό έγινε με τη βοήθεια του NICER, ενός τηλεσκοπίου ακτίνων Χ που βρίσκεται στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και είναι επιφορτισμένο με την παρατήρηση αστέρων νετρονίων και είχε ως αποτέλεσμα το NICER να καταφέρει να προσδιορίσει την ίδια του τη θέση με ακρίβεια μικρότερη των 10 χιλιομέτρων, χρησιμοποιώντας τις ίδιες του τις παρατηρήσεις. Φυσικά υπάρχουν ακόμα αρκετά βήματα τα οποία πρέπει να γίνουν για να αρχίσει να εφαρμόζεται αυτή η τεχνική πλοήγησης, όπως π.χ. η βελτίωση της ακρίβειας στον αυτοπροσδιορισμό της θέσης και η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων που θα περιέχει τις θέσεις και τις συχνότητες περιστροφής των πάλσαρ του Γαλαξία μας. Από τη στιγμή που θα γίνουν όλα τα βήματα όμως, η ανθρωπότητα θα είναι πλέον σε θέση “να πάει με τόλμη εκεί που δεν έχει πάει κανείς(;)”.

*το όνομα τους (pulsars) προέρχεται από τη φράση “pulsating radio sources”, το οποίο μεταφράζεται στα ελληνικά ως “παλλόμενες ραδιοπηγές”.