Los sistemas de posicionamiento global como el GPS o el GLONASS han revolucionado la navegación en la Tierra e incluso en la órbita baja. Pero obviamente, en cuanto nos alejamos de nuestro planeta perdemos la posibilidad de usar los satélites GPS para averiguar la posición dentro del Sistema Solar.
Entonces, ¿cómo navegar entre planetas? Normalmente basta con usar las señales de radio emitidas por la propia nave para calcular su trayectoria. Sin embargo, este sistema tiene varios inconvenientes. Por ejemplo, no permite una navegación autónoma y el error aumenta a medida que nos alejamos de la Tierra. Así, en la órbita de Neptuno el error en la determinación de la posición del vehículo puede alcanzar unos 120 kilómetros. Por supuesto, las naves espaciales están dotadas con sensores estelares y solares para navegar entre los planetas, pero las limitaciones en la resolución angular de estos instrumentos imponen un error mínimo de varios miles de kilómetros sino se complementan con métodos de radionavegación. Por supuesto, este error puede reducirse significativamente si la nave usa uno o varios cuerpos planetarios para aumentar la precisión de sus observaciones, una técnica empleada en casi todas las misiones planetarias. En todo caso, si nuestra sonda está atravesando el espacio interplanetario y no tiene ningún planeta o luna cerca, no podrá afinar su trayectoria y se verá limitada por los métodos de radio.
Una posible alternativa es emplear púlsares como sistema de posicionamiento planetario e incluso interestelar. Como sabemos, los púlsares son estrellas de neutrones que giran muy rápidamente y se caracterizan por emitir señales periódicas muy estables. Si usamos los púlsares como si fueran satélites GPS, comparando los tiempos de recepción de sus señales, podremos determinar nuestra posición dentro del Sistema Solar con una precisión de unos cinco kilómetros. No parece mucho, pero a una distancia de diez unidades astronómicas (unos 1500 millones de kilómetros, o lo que es lo mismo, a la distancia de la órbita de Saturno), esta técnica es hasta ocho veces más precisa que los métodos tradicionales.
Para aumentar la precisión se usarían como referencia los llamados púlsares de milisegundo, denominados así porque su periodo de rotación es -lo han adivinado- del orden de varios milisegundos. Este tipo de púlsares emite una señal cuya estabilidad es similar o superior a la de muchos relojes atómicos, lo que es esencial para maximizar la precisión. Ahora bien, si queremos sacarle partido a esta técnica, lo ideal es observar los púlsares en rayos X. Aunque podemos hacerlo en prácticamente cualquier longitud de onda, las señales de radio requieren grandes antenas y sufren una fuerte dispersión por culpa del medio interestelar. Por contra, la emisión en rayos X puede observarse mediante instrumentos relativamente compactos y no sufre ningún tipo de dispersión significativa.
Pero aquí es donde reside el principal problema de esta técnica, y es que los telescopios -y detectores- de rayos X no son nada sencillos de construir. Alcanzar el equilibrio óptimo entre sensibilidad, resolución angular y peso es muy complicado. Teniendo en cuenta que el peso es el principal factor que guía el diseño de un vehículo espacial, dotar a una sonda de uno o varios telescopios de rayos X no es nada recomendable, motivo por el cual este método no se ha usado nunca. Se espera que la nueva generación de telescopios de rayos X pueda alcanzar menores dimensiones -y pesos-, pero esto está aún por ver.
Lo que sí podemos asegurar es que en el futuro los púlsares nos permitirán navegar por el espacio interplanetario e interestelar de forma muy precisa y totalmente autónoma. Curiosamente, las primeras naves interestelares de la humanidad -las Pioneer 10 y 11 y las Voyager 1 y 2- ya llevaban en los años 70 un mensaje destinado a posibles alienígenas donde se señalaba la posición de la Tierra en la Galaxia con respecto a 14 púlsares. Quizá algún día viajaremos por la Vía Láctea gracias a las señales de estos astros.
Referencias:
Entonces, ¿cómo navegar entre planetas? Normalmente basta con usar las señales de radio emitidas por la propia nave para calcular su trayectoria. Sin embargo, este sistema tiene varios inconvenientes. Por ejemplo, no permite una navegación autónoma y el error aumenta a medida que nos alejamos de la Tierra. Así, en la órbita de Neptuno el error en la determinación de la posición del vehículo puede alcanzar unos 120 kilómetros. Por supuesto, las naves espaciales están dotadas con sensores estelares y solares para navegar entre los planetas, pero las limitaciones en la resolución angular de estos instrumentos imponen un error mínimo de varios miles de kilómetros sino se complementan con métodos de radionavegación. Por supuesto, este error puede reducirse significativamente si la nave usa uno o varios cuerpos planetarios para aumentar la precisión de sus observaciones, una técnica empleada en casi todas las misiones planetarias. En todo caso, si nuestra sonda está atravesando el espacio interplanetario y no tiene ningún planeta o luna cerca, no podrá afinar su trayectoria y se verá limitada por los métodos de radio.
Una posible alternativa es emplear púlsares como sistema de posicionamiento planetario e incluso interestelar. Como sabemos, los púlsares son estrellas de neutrones que giran muy rápidamente y se caracterizan por emitir señales periódicas muy estables. Si usamos los púlsares como si fueran satélites GPS, comparando los tiempos de recepción de sus señales, podremos determinar nuestra posición dentro del Sistema Solar con una precisión de unos cinco kilómetros. No parece mucho, pero a una distancia de diez unidades astronómicas (unos 1500 millones de kilómetros, o lo que es lo mismo, a la distancia de la órbita de Saturno), esta técnica es hasta ocho veces más precisa que los métodos tradicionales.
Esquema de un púlsar (M. G. Bernhardt et al.).
Esquema de la técnica de navegación mediante púlsares (M. G. Bernhardt et al.).
Pero aquí es donde reside el principal problema de esta técnica, y es que los telescopios -y detectores- de rayos X no son nada sencillos de construir. Alcanzar el equilibrio óptimo entre sensibilidad, resolución angular y peso es muy complicado. Teniendo en cuenta que el peso es el principal factor que guía el diseño de un vehículo espacial, dotar a una sonda de uno o varios telescopios de rayos X no es nada recomendable, motivo por el cual este método no se ha usado nunca. Se espera que la nueva generación de telescopios de rayos X pueda alcanzar menores dimensiones -y pesos-, pero esto está aún por ver.
Esquema de un telescopio de rayos X. Los "espejos" sólo permiten una incidencia rasante de los fotones de rayos X para poder focalizar esta radiación (M. G. Bernhardt et al.).
Comparativa entre la resolución angular y el peso de varios tipos de telescopios de rayos X (M. G. Bernhardt et al.).
Referencias:
- Deep Space GPS from Pulsars.
- Autonomous Spacecraft Navigation Based on Pulsar Timing Information, M. G. Bernhardt et al. (ArXiv, noviembre de 2011).
