O espaço é grande – muito grande. E se você deseja navegar com sucesso pelas profundezas interestelares de nossa galáxia, a Via Láctea, precisará de algum tipo de sistema confiável. Uma nova proposta tenta manter o método o mais simples possível: usar pares de estrelas para fornecer um referencial galáctico.
Dentro de nosso sistema solar, espaçonaves interplanetárias dependem de sistemas baseados na Terra para navegação. Quando enviamos um sinal de rádio para uma espaçonave e ela responde, podemos usar o atraso da resposta para calcular a distância. Também podemos monitorar a espaçonave no céu e, combinando todas essas informações (posição no céu e distância da Terra), podemos apontar a localização da espaçonave no sistema solar e fornecer essa informação à própria espaçonave.
Também podemos usar o deslocamento Doppler dessas ondas de rádio para estimar a velocidade com que a espaçonave está se afastando da Terra. Usando pratos espalhados por nosso planeta, podemos medir o atraso do sinal de uma espaçonave em chegar a um prato em relação ao outro. Quando combinamos esses dados com as informações de posição, temos um bloqueio seis-dimensional completo na espaçonave: suas três dimensões de posição e suas três dimensões de velocidade.
Este método se baseia em uma rede de sistemas de radar baseados em terra, todos em comunicação constante com a espaçonave. A técnica funciona para espaçonaves dentro do sistema solar e, por pouco, para as sondas gêmeas Voyager da NASA.
Mas qualquer missão interestelar precisará de uma nova abordagem: elas terão que navegar de forma autônoma. Em princípio, essas espaçonaves poderiam usar sistemas a bordo, como relógios e giroscópios, mas as missões interestelares durarão no mínimo décadas, e pequenos erros e incertezas nesses sistemas a bordo sem dúvida farão com que essas espaçonaves se desviem do curso.
Há também a opção de usar pulsares, objetos giratórios que parecem piscar ou pulsar em intervalos regulares. Como cada pulsar tem um período de rotação exclusivo, esses objetos podem servir como faróis confiáveis para missões no espaço profundo. Mas isso só funciona dentro de uma bolha relativamente pequena perto de nosso sistema solar, porque as medições do período de rotação podem ser contaminadas por poeira interestelar, e quando você perde a noção de qual pulsar é qual, você está perdido.
Segunda estrela a direita
Portanto, as espaçonaves interestelares precisam de um método simples e confiável para estimar sua posição dentro da galáxia. Um novo artigo publicado recentemente no servidor de pré-impressão arXiv.org oferece essa solução: as próprias estrelas.
A técnica é baseada em um conceito muito antigo: paralaxe. Se você colocar o dedo na frente do nariz e alternar os olhos fechando, seu dedo parecerá se mexer. A mudança em sua posição aparente vem do novo ponto de vista conforme você muda de um olho para outro. Se você fizer o mesmo exercício enquanto olha para um objeto distante, esse objeto parecerá se mexer muito menos.
Foi por meio da paralaxe que os cientistas foram capazes de medir a distância até as estrelas, e é por meio da paralaxe que uma espaçonave vagando longe de casa pode se orientar. Antes do lançamento, carregamos a espaçonave com um mapa preciso de todas as estrelas conhecidas em nossa vizinhança galáctica. Então, conforme a nave se afasta do sistema solar, ela mede as distâncias relativas entre vários pares de estrelas. À medida que se move, as estrelas mais próximas da espaçonave parecem se deslocar significativamente, enquanto as estrelas mais distantes permanecem relativamente fixas.
Medindo vários pares de estrelas e comparando as medições com o catálogo original baseado na Terra, a espaçonave pode descobrir quais estrelas são quais e a que distância está dessas estrelas, dando à espaçonave uma posição 3D precisa na galáxia.
Um efeito relativo
Obter a velocidade da espaçonave é um pouco mais complicado e depende de uma peculiaridade da relatividade especial. Por causa da finitude da velocidade da luz, se você estiver se movendo rápido o suficiente, os objetos podem parecer estar em locais diferentes do que realmente estão. Especificamente, a posição de um objeto parecerá ser deslocada na direção de seu movimento. O efeito é chamado de aberração e é mensurável da Terra: conforme nosso planeta orbita o sol, as estrelas parecem balançar suavemente para frente e para trás no céu.
Enquanto a espaçonave estiver se movendo rápido o suficiente (e se quisermos uma missão interestelar que dure décadas, não milênios, ela deve), os sistemas a bordo serão capazes de medir essa aberração. Ao observar quais estrelas são deslocadas de sua posição esperada e em quanto, a espaçonave pode calcular sua velocidade 3D.
Tiradas com as medições de paralaxe, a espaçonave pode então recuperar suas coordenadas seis-dimensionais completas dentro da galáxia; ele sabe onde está e para onde está indo.
Quão precisa é essa técnica? De acordo com o artigo, se a espaçonave pode medir as posições de apenas 20 estrelas com precisão de 1 segundo de arco (um segundo de arco é 1/60 de um minuto de arco, que por si só é 1/60 de um grau), ela pode determinar sua posição dentro da galáxia com uma precisão de 3 unidades astronômicas (UA) e sua velocidade dentro de 2 quilômetros por segundo (1,2 milhas por segundo). Uma UA é igual à distância média entre a Terra e o Sol – cerca de 93 milhões de milhas (150 milhões de km) – então 3 UA é cerca de 279 milhões de milhas (450 milhões de km). Parece muito, mas é um amendoim em comparação com os milhares de UA entre as estrelas.
Temos posições precisas para muito mais de 20 estrelas, então poderíamos carregar a espaçonave com um catálogo de centenas de milhões de estrelas para usar em sua viagem. Cada um que a espaçonave pode medir ajudaria a identificar sua localização com ainda mais precisão.
Agora tudo o que precisamos é de uma espaçonave interestelar.
Publicado em 03/06/2021 11h22
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