É 2021 e, finalmente, não precisamos nos preocupar tanto com a possibilidade de nossa espaçonave se perder no espaço interestelar.
Usando as posições e a mudança de luz das estrelas, tanto próximas quanto distantes, o astrônomo Coryn A.L. Bailer-Jones demonstrou a viabilidade da navegação autônoma e instantânea para espaçonaves viajando muito além do Sistema Solar.
A navegação espacial interestelar pode não parecer um problema imediato. No entanto, já na última década, instrumentos feitos pelo homem entraram no espaço interestelar, quando a primeira Voyager 1 (em 2012) e a Voyager 2 (em 2018) cruzaram a fronteira do Sistema Solar conhecida como heliopausa.
É apenas uma questão de tempo até que a New Horizons se junte a eles, seguida por mais sondas no futuro. À medida que essas espaçonaves viajam cada vez mais longe de seu planeta natal, a comunicação com a Terra leva cada vez mais tempo.
A New Horizons está atualmente a quase 14 horas-luz da Terra, o que significa que leva 28 horas para enviar um sinal e receber uma resposta; não é um sistema de rastreamento e navegação impossível, mas desajeitado.
A distâncias cada vez maiores, no entanto, isso não será mais confiável.
“Ao viajar para as estrelas mais próximas, os sinais serão muito fracos e os tempos de viagem serão da ordem dos anos”, escreveu Bailer-Jones em seu artigo, que está atualmente disponível no servidor de pré-impressão arXiv, onde aguarda revisão por pares do comunidade de astronomia.
“Uma espaçonave interestelar terá, portanto, de navegar autonomamente e usar essas informações para decidir quando fazer correções de curso ou ligar os instrumentos. Tal espaçonave precisa ser capaz de determinar sua posição e velocidade usando apenas medições a bordo.”
Bailer-Jones, que trabalha no Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha, não é o primeiro a pensar nisso. A NASA tem trabalhado na navegação por pulsares, usando as pulsações regulares das estrelas mortas como base para um GPS galáctico. Este método parece muito bom, mas pode estar sujeito a erros em distâncias maiores, devido à distorção do sinal pelo meio interestelar.
Com um catálogo de estrelas, Bailer-Jones conseguiu mostrar que é possível calcular as coordenadas de uma espaçonave em seis dimensões – três no espaço e três na velocidade – com alta precisão, com base na forma como as posições dessas estrelas mudam de o ponto de vista da espaçonave.
“À medida que uma espaçonave se afasta do Sol, as posições e velocidades observadas das estrelas mudarão em relação às de um catálogo baseado na Terra devido à paralaxe, aberração e efeito Doppler”, escreveu ele.
“Medindo apenas as distâncias angulares entre pares de estrelas e comparando-as com o catálogo, podemos inferir as coordenadas da espaçonave por meio de um processo iterativo de modelagem direta.”
Paralaxe e aberração referem-se à mudança aparente nas posições das estrelas devido ao movimento da Terra. O efeito Doppler é a mudança no comprimento de onda da luz de uma estrela com base em se ela parece estar se movendo para mais perto ou para longe do observador.
Como todos esses efeitos envolvem as posições relativas dos dois corpos, um terceiro corpo (a espaçonave) em uma posição diferente verá um arranjo diferente das estrelas.
Na verdade, é muito difícil determinar as distâncias às estrelas, mas estamos melhorando muito. O satélite Gaia está conduzindo uma missão contínua para mapear a Via Láctea em três dimensões e nos deu o mapa mais preciso da galáxia até o momento.
Bailer-Jones testou seu sistema usando um catálogo de estrelas simulado e, em seguida, em estrelas próximas do catálogo Hipparcos compilado em 1997, em velocidades relativísticas de espaçonaves. Embora isso não seja tão preciso quanto Gaia, isso não é tão importante – o objetivo era testar se o sistema de navegação pode funcionar.
Com apenas 20 estrelas, o sistema pode determinar a posição e velocidade de uma espaçonave dentro de 3 unidades astronômicas e 2 quilômetros por segundo (1,24 milhas por segundo). Essa precisão pode ser melhorada inversamente à raiz quadrada do número de estrelas; com 100 estrelas, a precisão caiu para 1,3 unidades astronômicas e 0,7 quilômetros por segundo.
Existem algumas distorções que precisam ser resolvidas. O sistema não levou em consideração binários estelares, nem considerou a instrumentação. O objetivo era mostrar que isso poderia ser feito, como um primeiro passo para atualizá-lo.
É até possível que ele possa ser usado em conjunto com a navegação do pulsar, de modo que os dois sistemas possam minimizar as falhas um do outro. E então o céu, literalmente, é o limite.
Publicado em 22/03/2021 13h36
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