Navigáció pulzárokkal
(Rovat: Távoli világok kutatói, Az űrállomás és az USA , Amerika és az űrcsillagászat - 2020.08.12 07:15.)

A távoli világűrben a navigációs műholdak jelei nem használhatók, ezért a helymeghatározást segítő új módszert kellett keresni.

A pulzárok a szupernóva-robbanások nyomán létrejött csillagmaradványok, neutroncsillagok, amelyek gyorsan forognak a tengelyük körül, miközben rendkívül pontosan tartott frekvenciával rádióimpulzusokat sugároznak ki (pontosabban rádiósugárzásuk a forgási periódusuk ütemében nagyon szabályos időközönként a Föld felé irányul). A jelenséget az 1960-as évek végén fedezték fel.

A NASA NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) nevű műszere évek óta működik a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén, a tudományos kísérlet célja a pulzárok struktúrájának és fejlődésének pontosabb megértése. A műszerrel végzett méréseken alapul a SEXTANT nevű, egy új technológia kipróbálását célzó kísérlet, amelynek keretében azt akarják kipróbálni, hogyan használhatók a pulzárok jelei navigációs célokra a távoli világűrben. (Hasonló kísérletek korábban már Kínában is történtek.)

A NASA pulzárokat megfigyelő NICER műszere az ISS külső felületén. A háttérben az ISS egyik napelemtáblája a Nap helyzetét követve elfordul, az animáció 100-szorosára gyorsítva mutatja a mozgásokat. (Kép: NASA)

A NASA Explorers programja keretében készült NICER a szabad világűrben, az ISS rácsos tartóján kapott helyet, ahol a 200 eV és 12 keV közötti energiájú röngtenfotonokat detektálja. Azt már 2018-ban igazolták, hogy a műszerrel végzett megfigyelések alkalmasak navigációs célra. (Időközben a NICER-rel felfedezték egy 11 ezer fényévre lévő pulzárnál a pulzárok esetében eddig észlelt legfényesebb röntgenkitörést, valamint felfedezték a pulzárt tartalmazó, legszorosabb kettős rendszert, amelynek csillagai 38 percenként kerülik meg egymást.) A SEXTANT kísérlet célja, hogy a NICER megfigyelései közül elsősorban a rendkívül gyors, ún. milliszekundumos pulzárok felhasználásával az egész Naprendszerben használható navigációs rendszert fejlesszenek ki. A tervezett, a röntgenpulzárok észlelésén alapuló rendszer az XNAV, amely a GPS-t új szintre emeli, ahol a rövidítésben a G a globális helyett a galaktikus szóra utal. A váltást az teszi lehetővé, hogy egyes neutroncsillagok impulzusainak frekvenciája ugyanolyan stabil, mint a jelenlegi navigációs műholdak fedélzetén működő atomóráké.

A pulzárokon alapuló interplanetáris navigáció és a SEXTANT kísérlet elvét bemutató NASA videó. (Forrás: NASA Goddard, TouTube)

Jelenleg a Naprendszer távoli vidékein járó űrszondák a csillagok alapján tájékozódnak, amit a NASA mélyűri hálózatának rádiótávcsöveivel feléjük sugárzott jelek elemzésével egészítenek ki. Az XNAV rendszer bevezetését követően az űrszondák fedélzetén autonóm és pontos navigációs eszköz működne, amelynek pontossága nem csökkenne a Földtől való távolság növekedésével. Az XNAV további előnye, hogy a röntgensugárzás terjedését nem zavarja a csillagközi anyag, hátránya viszont, hogy a röntgenjelek gyengék, ezért robusztusabb detektorra van szükség.

A NICER röntgendetektorainak rendszere, szerelés közben. Az eszköz 2017 óta működik az ISS fedélzetén. (Kép: NASA GSFC)

Tervek szerint a rendszert az Artemis program keretében is kipróbálják, a Lunar Gateway űrállomás pályájából adódóan fedélzetéről a pulzárok hosszan tartó, és a NICER-énél pontosabb megfigyelésére lenne lehetőség. A hosszabb megfigyelési időből adódóan a Lunar Gateway fedélzetére kerülő, NICER/SEXTANT típusú rendszer sokkal kisebb lehetne, mint a jelenleg az ISS fedélzetén használt eszköz (amely mosógép nagyságú). Ha a kísérletek sikeresek lesznek, az XNAV lehet a jövő autonóm, bolygóközi navigációs rendszere.