Calcolare un viaggio spaziale a metà della velocità della luce: creato un computer capace di elaborare il percorso

Il ricercatore Coryn AL Bailer-Jones, dell’Istituto Max Planck in Germania, ha creato un metodo di navigazione spaziale che consentirebbe di determinare la posizione e la velocità di un veicolo spaziale senza dover essere in contatto con la Terra:

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Mentre il Millennium Falcon prende velocità ed entra nell’iperspazio, dietro il vetro dell’abitacolo appaiono strisce bianche dove stanno guidando Han Solo e Chewbakka. Non viene mai spiegato cosa siano, ma potrebbero rappresentare perfettamente le scie delle stelle che la nave si lascia dietro. Come quando vai in treno e vedi dal finestrino come passano gli alberi, offuscati dal movimento. “Star Wars” è fantascienza, ma una nave spaziale che viaggia ad alta velocità deve avere un sistema di navigazione che le impedisca di entrare in collisione con pianeti e stelle sul suo percorso. Il Millennium Falcon ha un computer di bordo che è responsabile di fare questi calcoli, anche il sistema che Bailer-Jones ha creato lo fa. Questo sistema di navigazione è sostanzialmente basato su quello dei marinai: per testare il suo metodo, il ricercatore ha fatto una simulazione su un computer e ha pubblicato i risultati in questo studio. La sonda virtuale inizia il suo viaggio tra 0,1 e 10 anni luce dal nostro pianeta (la stella più vicina alla Terra è Alpha Centauri e dista 4,36 anni luce) e raggiunge velocità comprese tra 0-500 km  se metà della velocità della luce. Le navicelle che abbiamo costruito finora utilizzano sistemi di navigazione che prendono la Terra come uno dei loro punti di riferimento. Più la nave è lontana dal nostro pianeta, più deboli saranno i segnali e arriverà il momento in cui impiegheranno così tanto tempo ad arrivare che saranno inutili.

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Ciò accadrà ad un certo punto alle sonde Voyager 1 e 2, che sono state le prime a lasciare il nostro sistema solare e si trovano a più di 22.000 milioni di km dal nostro pianeta al momento. Conosciamo la posizione delle sonde nello spazio triangolando i segnali radio e radar di due stazioni sulla Terra con quelli di qualche oggetto luminoso vicino alla sonda. Ma una volta perso il contatto con il nostro pianeta, i Voyager viaggeranno senza meta finché non scompariranno nel cosmo senza lasciare traccia. Un veicolo spaziale interstellare ha bisogno di un sistema di navigazione autonomo che funzioni indipendentemente dalla sua distanza dalla Terra. Bailer-Jones propone un sistema che si basa su una tecnologia utilizzata da anni nella navigazione marina: il sestante.

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Un sestante misura la distanza angolare tra due oggetti. Nel mare questi oggetti sono solitamente punti di riferimento in movimento come un pianeta, il Sole o una stella e un punto fisso, l’orizzonte. L’angolo risultante viene confrontato con un almanacco nautico, che ha dati astronomici, e l’ora esatta della misura, quindi, mediante calcoli trigonometrici, la posizione può essere trovata con grande precisione. Questo metodo è utilizzato anche in astronomia, ma è diventato obsoleto con l’arrivo di sistemi più avanzati. Nel metodo proposto da Bailer-Jones gli oggetti di riferimento sono le stelle. Misurando le distanze angolari tra due stelle e confrontando i risultati con una mappa stellare che ha come punto di riferimento la Terra, è possibile estrapolare la posizione e la velocità della navicella rispetto a quegli oggetti. Per determinare il movimento delle stelle, Bailer-Jones si basa su due principi:

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Il sistema di navigazione spaziale si basa sul sestante. (Wikipedia)

Parallasse e aberrazione della luce. La parallasse fornisce la posizione effettiva della nave nello spazio tridimensionale e l’aberrazione della luce ci mostra la velocità della nave in relazione al movimento delle stelle. Una nave interstellare con questo sistema di navigazione dovrebbe portare una mappa con le posizioni delle stelle e le velocità a cui si muovono. Grazie a satelliti come Gaia abbiamo una mappa tridimensionale accurata di oltre 1 miliardo di stelle, informazioni più che sufficienti per fare un viaggio di diversi anni luce da qui. La simulazione effettuata da Bailer-Jones mostra che è possibile determinare la posizione e la velocità della navicella in modo autonomo entro un raggio di 1,2 volte la distanza dalla Terra al Sole. Più punti di riferimento ha il sistema e maggiori sono accurate le misurazioni della distanza angolare, più facile è determinare con precisione la posizione della nave. Si è anche potuto verificare che l’aumento di velocità della nave non influisce affatto sulla capacità del sistema di determinarne la posizione. Se mai riusciremo a costruire una nave in grado di raggiungere la metà della velocità della luce, il browser di Bailer-Jones continuerà a funzionare senza problemi. Un altro argomento sarà vedere come si evitano le collisioni con pianeti, meteoriti e altri oggetti che viaggiano attraverso il cosmo. Ma questo dovrà essere lasciato per un altro episodio.

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