COLUMBUS, Ohio - Der Weltraum leuchtet mit einem hellen Nebel aus Röntgenlicht, der von überall gleichzeitig kommt. Aber schauen Sie vorsichtig in diesen Nebel und schwache, regelmäßige Flecken werden sichtbar. Dies sind Millisekunden-Pulsare, Neutronensterne in Stadtgröße, die sich unglaublich schnell drehen und Röntgenstrahlen regelmäßiger in das Universum schießen als selbst die genauesten Atomuhren. Und die NASA will damit Sonden und Schiffe mit Besatzung durch den Weltraum navigieren.
Mit einem auf der Internationalen Raumstation (ISS) montierten Teleskop, dem Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), wurde eine brandneue Technologie mit kurzfristigen praktischen Anwendungen entwickelt: ein galaktisches Positionierungssystem, sagte der NASA-Wissenschaftler Zaven Arzoumanian gegenüber Physikern Sonntag (15. April) beim April-Treffen der American Physical Society.
Mit dieser Technologie "könnten Sie eine Nadel einfädeln, um in die Umlaufbahn um den Mond eines disanten Planeten zu gelangen, anstatt einen Vorbeiflug zu machen", sagte Arzoumian gegenüber Live Science. Ein galaktisches Positionierungssystem könnte auch "einen Rückfall bieten, so dass eine Crew mit Besatzung, die den Kontakt zur Erde verliert, immer noch autonome Navigationssysteme an Bord hat".
Im Moment sind die Manöver, die Navigatoren benötigen würden, um eine Sonde in die Umlaufbahn um entfernte Monde zu bringen, grenzwertig unmöglich. In der Weite des Weltraums ist es einfach nicht möglich, den Standort eines Schiffes genau genug zu bestimmen, um den Motor genau richtig abzufeuern. Dies ist ein wesentlicher Grund dafür, dass so viele der berühmtesten Planetenmissionen, die die NASA verwaltet hat - darunter Voyager 1, Juno und New Horizons -, Vorbeiflüge waren, bei denen Raumschiffe in der Nähe wichtiger Planetenobjekte geflogen sind, aber nur an diesen vorbei.
Sich für die Navigation auf die Erde zu verlassen, sei auch ein Problem für Missionen mit Besatzung, sagte Arzoumian. Wenn dieses Signal, das die Erde und ein entferntes Raumschiff wie ein langer und dünner Faden verbindet, irgendwie verloren geht, würden Astronauten kaum den Weg vom Mars nach Hause finden.
So würde das galaktische Positionierungssystem funktionieren
Ein galaktisches Positionierungssystem würde einen großen Beitrag zur Lösung dieses Problems leisten, sagte Arzoumian, obwohl er warnte, er sei eher ein Pulsarexperte als ein Navigator. Und es würde sehr gut funktionieren wie das Global Positioning System (GPS) auf Ihrem Smartphone.
Wenn Ihr Telefon versucht, seine Position im Weltraum zu bestimmen, wie Live Science bereits berichtet hat, hört es mit seinem Radio das genaue Ticken von Uhrensignalen, die von einer Flotte von GPS-Satelliten in der Erdumlaufbahn kommen. Das GPS des Telefons verwendet dann die Unterschiede zwischen diesen Häkchen, um die Entfernung zu jedem Satelliten zu ermitteln, und verwendet diese Informationen, um seinen eigenen Standort im Weltraum zu triangulieren.
Das GPS Ihres Telefons funktioniert schnell, aber Arzoumian sagte, das galaktische Positionierungssystem würde langsamer arbeiten und die Zeit in Anspruch nehmen, die erforderlich ist, um lange Strecken des Weltraums zu durchqueren. Es wäre ein kleines, schwenkbares Röntgenteleskop, das dem großen, sperrigen NICER sehr ähnlich wäre, der auf das Nötigste reduziert ist. Nacheinander würde es auf mindestens vier Millisekundenpulsare zeigen und ihre Röntgen- "Zecken" wie ein GPS zeitlich auf die Zecken von Satelliten einstellen. Drei dieser Pulsare würden dem Raumschiff seine Position im Weltraum mitteilen, während der vierte seine interne Uhr kalibrieren würde, um sicherzustellen, dass er die anderen richtig misst.
Arzoumian stellte fest, dass das zugrunde liegende Konzept des galaktischen Positionierungssystems nicht neu ist. Die berühmte Goldene Schallplatte, die auf beiden Voyager-Raumschiffen montiert war, enthielt eine Pulsarkarte, die alle Außerirdischen, die sie eines Tages antreffen, auf den Planeten Erde zurückführt.
Dies wäre jedoch das erste Mal, dass Menschen tatsächlich Pulsare zum Navigieren verwenden. Arzoumian sagte bereits, sein Team habe es geschafft, NICER zu verwenden, um die ISS durch den Weltraum zu verfolgen.
Das NASA-Programm Station Explorer für Röntgen-Timing und -Navigation (SEXTANT), das Team hinter dem Galactic Positioning System, hatte das Ziel, die ISS innerhalb von zwei Wochen auf 10 Kilometer genau zu verfolgen, sagte Arzoumian.
"Was die Demonstration im November erreicht hat, waren eher 7 Kilometer in zwei Tagen", sagte er.
Das nächste Ziel des Programms ist es, die Station auf 3 km genau zu verfolgen, sagte er. Er sagte, dass das Team schließlich hofft, unter 0,6 Meilen Präzision zu kommen.
"Ich denke, wir können darüber hinaus kommen, aber ich weiß nicht, wie weit", sagte er.
Und das ist alles in einer erdnahen Umlaufbahn, sagte er, wobei die Station in wilden, unvorhersehbaren Kreisen rollt und der halbe Himmel von einem riesigen Planeten blockiert wird, der alle 45 Minuten verschiedene Pulsare bedeckt. Im Weltraum, mit einem funktional unbegrenzten Sichtfeld und wo sich die Dinge meist in vorhersehbaren, geraden Linien bewegen, werde die Aufgabe viel einfacher sein.
Laut Arzoumian haben bereits andere Teams innerhalb der NASA Interesse bekundet, das galaktische Positionierungssystem in ihre Projekte einzubauen. Er lehnte es ab zu sagen, was er nicht für sie sprechen wollte. Aber es ist wahrscheinlich, dass wir in naher Zukunft ein solches futuristisches Gerät in Aktion sehen werden.
