علماء يقترحون طريقة جديدة للعثور على طريق العودة إلى الأرض عند ضياع المهمة في الفضاء

إقرأ المزيد

ناسا تحتفل باليوم الـ100 لمركبة "بيرسيفيرانس" على المريخ في تغريدة تبرز أكبر إنجازاتها!

وداخل نظامنا الشمسي، تعتمد المركبات الفضائية بين الكواكب على أنظمة الملاحة الأرضية. وعندما نرسل إشارة لاسلكية إلى مركبة فضائية وترد، يمكننا استخدام التأخير الزمني للرد لحساب المسافة. ويمكننا أيضا مراقبة المركبة الفضائية في السماء، ومن خلال الجمع بين كل تلك المعلومات (الموقع في السماء والمسافة من الأرض)، يمكننا تحديد موقع المركبة الفضائية في النظام الشمسي وتقديم هذه المعلومات إلى المركبة الفضائية نفسها.

ويمكننا أيضا استخدام تأثير دوبلر لتلك الموجات الراديوية لتقدير السرعة التي تتحرك بها المركبة الفضائية بعيدا عن الأرض. وباستخدام الأطباق المنتشرة في جميع أنحاء كوكبنا، يمكننا قياس التأخير من وصول إشارة مركبة فضائية إلى طبق مقابل طبق آخر. وعندما ندمج هذه البيانات مع معلومات الموقع، يكون لدينا تثبيت كامل سداسي الأبعاد للمركبة الفضائية: أبعادها الثلاثة للموقع وأبعادها الثلاثة للسرعة.

وتعتمد هذه الطريقة على شبكة من أنظمة الرادار الأرضية، وكلها على اتصال دائم بالمركبة الفضائية. وتعمل هذه التقنية مع المركبات الفضائية داخل النظام الشمسي، وبالكاد، مجسات فوييجر التوأم التابعة لناسا.

إقرأ المزيد

روسيا تصنع مركبات جديدة للرحلات الفضائية المأهولة

لكن أي مهمات بين النجوم ستحتاج إلى نهج جديد، وسيتعين عليها التنقل بشكل مستقل. من حيث المبدأ، يمكن لهذه المركبات الفضائية أن تستخدم أنظمة على متنها، مثل الساعات والجيروسكوبات، لكن المهمات البينجمية ستستمر لعقود على الأقل، وستؤدي الأخطاء الصغيرة والشكوك في تلك الأنظمة الموجودة على متنها بلا شك إلى انحراف تلك المركبات عن مسارها.

وهناك خيار استخدام النجوم النابضة، التي تبدو وكأنها تومض على فترات منتظمة. ونظرا لأن كل نجم نابض له فترة دوران فريدة، يمكن أن تكون هذه الأجسام بمثابة منارات موثوقة لبعثات الفضاء السحيق. لكن هذا لا يعمل إلا في فقاعة صغيرة نسبيا بالقرب من نظامنا الشمسي، لأن قياسات فترة الدوران يمكن أن تتلوث بالغبار البينجمي، وبمجرد أن تفقد مسار أي نجم نابض، فإنك تضيع.

لذلك تحتاج المركبات الفضائية البينجمية إلى طريقة بسيطة وموثوقة لتقدير موقعها داخل المجرة. وتقدم ورقة بحثية جديدة نُشرت مؤخرا على arXiv.org مثل هذا الحل: النجوم أنفسها.

وتعتمد هذه التقنية على مفهوم قديم جدا: اختلاف المنظر. إذا قمت بلصق إصبعك أمام أنفك وقمت بإغلاق عينيك بالتناوب، ستظهر إصبعك متذبذبة. يأتي التغيير في موضعه الظاهري من وجهة نظر جديدة عندما تنتقل من عين إلى أخرى. وإذا قمت بنفس التمرين أثناء النظر إلى شيء بعيد، فسيظهر هذا الكائن وكأنه يتذبذب بدرجة أقل.

ومن خلال النظر تمكن العلماء أولا من قياس المسافة إلى النجوم، ومن خلال اختلاف المنظر يمكن للمركبة الفضائية التي تتجول بعيدا عن المنزل أن تحصل على اتجاهاتها. وقبل الإطلاق، يقوم العلماء بتحميل المركبة الفضائية بخريطة دقيقة لجميع النجوم المعروفة في محيطنا من المجرة. وبعد ذلك، عندما تبتعد المركبة عن النظام الشمسي، فإنها تقيس المسافات النسبية بين أزواج متعددة من النجوم. 

وأثناء تحركها، يبدو أن النجوم الأقرب إلى المركبة الفضائية تتحول بشكل ملحوظ، بينما تظل النجوم البعيدة ثابتة نسبيا.

إقرأ المزيد

قطعة صغيرة من خردة فضائية تضرب محطة الفضاء الدولية وتترك ثقبا في الذراع الآلية

ومن خلال قياس أزواج متعددة من النجوم ومقارنة القياسات مع الكتالوج الأصلي القائم على الأرض، يمكن للمركبة الفضائية معرفة أي النجوم هي، ومدى بُعدها عن تلك النجوم، ما يمنح المركبة الفضائية موقعا دقيقا ثلاثي الأبعاد في المجرة.

تأثير نسبي

إن الحصول على سرعة المركبة الفضائية أصعب قليلا، وهو يعتمد على ميزة غريبة تتعلق بالنسبية الخاصة. نظرا لمحدودية سرعة الضوء، إذا كنت تتحرك بسرعة كافية، يمكن أن تظهر الأشياء في مواقع مختلفة عما هي عليه بالفعل. وعلى وجه التحديد، سيبدو موضع الجسم وكأنه قد تم إزاحته في اتجاه حركتك. ويسمى هذا التأثير الانحرافي، وهو قابل للقياس من الأرض: عندما يدور كوكبنا حول الشمس، يبدو أن النجوم تتأرجح بلطف ذهابا وإيابا في السماء.

وطالما أن المركبة الفضائية تتحرك بسرعة كافية (إذا أردنا أن تستمر مهمة بين النجوم لعقود، وليس آلاف السنين، فلا بد من ذلك)، ستكون الأنظمة الموجودة على متنها قادرة على قياس هذا الانحراف. ومن خلال ملاحظة النجوم التي تم إزاحتها بعيدا عن مواقعها المتوقعة ومقدارها، يمكن للمركبة الفضائية أن تحدد سرعتها ثلاثية الأبعاد.

وعند أخذ قياسات اختلاف المنظر، يمكن للمركبة الفضائية استعادة إحداثياتها سداسية الأبعاد الكاملة داخل المجرة، إنها تعرف أين هي وإلى أين تتجه.

إقرأ المزيد

ناسا تشارك صورة مذهلة لدرب التبانة تكشف عن "قلب" مجرتنا

ما مدى دقة هذه التقنية؟

وفقا للورقة البحثية، إذا تمكنت المركبة الفضائية من قياس مواضع 20 نجمة فقط في غضون ثانية قوسية واحدة من الدقة (الثانية القوسية هي 1/60 من الدقيقة القوسية، والتي هي نفسها 1/60 درجة)، فيمكنها تحديد موقعها داخل المجرة بدقة 3 وحدات فلكية (AU) وسرعتها في حدود 2 كيلومتر في الثانية، 1 وحدة فلكية AU يساوي متوسط ​​المسافة بين الأرض والشمس،  نحو 150 مليون كم، لذلك، فإن 3 وحدات فلكية تساوي نحو 450 مليون كم.

المصدر: سبيس