|
Космическая система определения местоположения
|
|
|
|
Было предпринято множество попыток разрешить "проблему Хаббла" в космологии. Эта функция описывает, как одна из самых важных переменных в космологии, расширение Вселенной, принимает разные значения в зависимости от того, как вы ее измеряете. В новом отчете NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), посвященном первой фазе разработки системы космического позиционирования (CPS), подробно описывается еще одно потенциальное решение этой проблемы — использование сети из пяти удаленных спутников, разбросанных по всей Солнечной системе. Статья размещена на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Чтобы понять, почему CPS так важен, лучше всего разобраться в том, как мы в настоящее время измеряем постоянную Хаббла — скорость расширения Вселенной. Измерение его с помощью микроволнового фонового излучения Вселенной дает значение 67,4 км/с/мегапарсек — и это число было заложено в стандартную космологическую модель на протяжении десятилетий. Однако при измерении с использованием других методов, таких как переменные звезды-цефеиды и сверхновые, астрономы получают значение, близкое к 73 км/с/Пдк. Это расхождение в измеренных значениях известно как напряженность Хаббла, и оно вызывает множество проблем, когда дело доходит до оценки расстояния (и, следовательно, возраста) космологических объектов.
|
|
|
|
Современные измерения, такие как спектроскопический прибор темной энергии (DESI) и космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), мало что сделали для устранения напряженности и даже заставили теоретиков задуматься о том, может ли темная энергия эволюционировать с течением времени. Теоретически, более тщательный эксперимент мог бы опровергнуть эти предположения. Но чтобы стать более чувствительным к этим незначительным различиям, требуется по-настоящему масштабная инфраструктура.
|
|
|
|
|
|
|
CPS - это миссия, предназначенная для обеспечения такой инфраструктуры. Она будет состоять из пяти спутников, равномерно расположенных по всей Солнечной системе, расстояние между которыми будет составлять от 20 до 100 астрономических единиц, что в 20-100 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Используя метод, аналогичный триангуляции, используемой спутниками GPS для определения местоположения, эти спутники могут непосредственно измерять расстояние до удаленных объектов, внимательно следя за тем, сколько времени требуется определенной информации, например фотону, для перемещения между ними. При достаточно большом расстоянии и достаточном соблюдении времени должно быть достаточно сигнала, чтобы точно определить, откуда исходит сигнал.
|
|
|
|
Однако для того, чтобы система заработала, требуются некоторые инженерные разработки. Для каждого спутника потребуется антенна шириной от 8 до 9 метров, которая должна быть легко развертываемой, поскольку такие большие антенны не помещаются в ракетных обтекателях нынешнего поколения. Хотя радиоантенны не требуют такой точной обработки, как оптические или инфракрасные, по оценкам отчета, они все же требуют охлаждения до температуры 20 градусов Цельсия. Нахождение так далеко от солнца во многих случаях помогло бы в этом, но для этого все равно может потребоваться активная система охлаждения.
|
|
|
|
Но, пожалуй, самой важной особенностью системы являются часы. Команда проекта CPS предлагает использовать часы, эквивалентные атомным часам НАСА для глубокого космоса, которые частично унаследованы от полета STP-2 с 2019 по 2021 год. Но чтобы вписаться в комплект поставки CPS, он должен быть уменьшен в размерах с точки зрения энергопотребления, поскольку солнечные панели собирают лишь незначительное количество солнечного света.
|
|
|
|
Для удовлетворения этих потребностей в электроэнергии, вероятно, потребуются радиоизотопные тепловые генераторы, которые позволят использовать высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи для захвата всей полосы пропускания сигналов перед их возвратом обратно на Землю. Но эти сигналы можно было бы использовать не только для того, чтобы попытаться устранить напряженность вокруг Хаббла.
|
|
|
|
С помощью этой же технической установки можно достичь нескольких других целей. Исследователи могли бы проанализировать "комковатость" темной материи, отслеживая "колебания" быстрых радиовсплесков. Они также смогли обнаружить гравитационные волны частотой в микрогерц, в том числе исходящие от двойных систем сверхмассивных черных дыр - эта область исследований все еще продолжается. Но, пожалуй, самое интересное, что небольшие изменения в гравитационном поле самого космического аппарата могли бы сообщить нам о силе тяжести пояса Койпера и гипотетической планете 9, если она действительно существует.
|
|
|
|
Пока не возлагайте больших надежд на такую миссию. NIAC занимается оценкой передовых технологий, и большинство технологий, которые появляются в результате этого, не являются для агентства стартовыми даже после успешного завершения программы. Пока что CPS не получила никакого дополнительного финансирования, и неизвестно, получит ли оно когда-нибудь. По крайней мере, идея такой системы существует, и этот отчет показывает, что она выполнима в рабочем режиме, при условии, что будут внедрены некоторые изменения. Возможно, кто—то, кто по-настоящему интересуется исследованиями космоса, воспользуется вкладкой для дальнейшей разработки - до тех пор CPS останется только бумажным анализом.
|
|
|
|
Источник
|
