Herausforderungen

Aus meiner Sicht ist die größte Herausforderung, ob man tatsächlich Cepheiden beobachten kann oder nicht. Wenn Sie Hunderttausende von Parsecs von der Milchstraße entfernt sind, können Sie die (vielen) Cepheiden, die wir aus unseren aktuellen Datenbanken kennen, nicht sehen. Ein weiteres Anliegen ist die Orientierung. Wenn wir das Ende der Milchstraße in der Ebene der Galaxie betrachten würden, hätten wir selbst aus relativer Nähe Probleme, andere Sterne als die uns am nächsten liegenden aufzulösen. Es wäre viel besser, uns entlang der Achse einer Galaxie nach veränderlichen Sternen umzusehen. Natürlich haben nicht alle Galaxien eine saubere Achse, in diesem Fall möchten wir sie aus der gleichen relativen Richtung wie die Milchstraße betrachten.

Aus dieser Perspektive möchten wir also eine große Menge weit entfernter Cepheiden-Variablen finden, um sicherzustellen, dass wir sie beobachten können. Wir werden speziell nach Cepheiden außerhalb der Lokalen Gruppe suchen; Diese Sterne sollten für unsere unerschrockenen Entdecker sichtbar sein, da sowohl die Entfernung als auch der Betrachtungswinkel dieser Sterne selbst bei einer Entfernung von 500.000 pc relativ unbeeinflusst bleiben.

Verfügbare Daten

Es gibt viele! Ich habe einige Star-Kataloge durchgesehen und gefunden...

• Es gibt 34 hochwertige Cepheiden in NGC 1365 bei 18 Mpc.

• NGC 2090 in 12,3 Mpc Entfernung hat 34 weitere Cepheiden .

• 27 Cepheiden in IC 4182 wurden bei 5,0 Mpc gesichtet. Beachten Sie, dass hier ein Abstand als Abstandsmodul (m - M) von 28,47 angegeben wurde, den ich mit m - M = 5log d - 5 gelöst habe; wobei d die Entfernung in Parsec und das Log die Basis 10 ist. Ich erwähne das nur für den Fall, dass ich die Berechnung durcheinander gebracht habe.

• NGC 300 bei ~1,9 MPa hat 16 identifizierte Cepheiden .

Wie gut ist Ihr Teleskop?

Grundsätzlich gibt es in fast jeder Galaxie, in die Sie schauen, viele gute, lebensfähige Cephiden. Für alle vier verlinkten Artikel war die Quelle Hubble. Solange Sie also ein 2,4-m-Teleskop (oder ein futuristisches Äquivalent) und 70 Minuten Belichtungszeit haben; und solange Ihr Computer die Rotverschiebungsberechnungen durchführen kann, sollten Sie gut sein.

Fazit

Ich habe einen Teil des Aussterbens von Cepheiden recherchiert, aber ich habe es ausgelassen, da es nicht relevant erscheint. Sie müssen keine bestimmten Cepheiden finden, Sie müssen nur einige von ihnen finden. Die Entfernung der Galaxien außerhalb der lokalen Gruppe wird sich in einigen tausend Jahren nicht merklich ändern, und die Galaxien, in denen wir derzeit Cepheiden finden können, sind sehr weit entfernt, selbst im Vergleich zu der Entfernung, in der Sie sich befinden würden Milchstraße.

Solange Sie heute in der Lage sind, Cepheiden zu entdecken (stark teleskopabhängig!), sollten Sie in der Lage sein, Ihren Standort in ein paar Tagen zusammenzustellen.

Ein zusätzliches Problem

Das Sichtfeld Ihres Teleskops wird zusätzlich zu der Rotverschiebung bei 0,99 C stark beeinträchtigt. Eine Sache, die Sie überwinden müssen, ist die starke Verzerrung aller Bilder , die in das Teleskop kommen, wird fast auf einen einzigen Punkt konzentriert Die Bilder sind dann so gut wie nicht mehr voneinander zu unterscheiden. Sie müssten auf nicht relativistische Geschwindigkeiten verlangsamen, um überhaupt nützliche Beobachtungen machen zu können.

Ihre Methode könnte funktionieren, obwohl ich nicht sicher bin, wie genau sie sein wird.

IMHO sind astronomische Techniken zum Messen von Winkeln viel präziser als astronomische Techniken zum Messen der scheinbaren Helligkeit, zum Berechnen der absoluten Helligkeit und zum Berechnen der Entfernung aus der Differenz. Die Frage ist also, ob die Verwendung von Cepheid-Variablen jemals genauer werden wird als astrometrische Techniken, die die Winkel zu verschiedenen astronomischen Objekten messen.

Ich bezweifle, dass eine Expedition in die Andromeda-Galaxie, die Tausende von Jahren mit der Besatzung in suspendierter Animation dauert, die allererste interstellare Expedition sein wird, die einen neu erfundenen, schneller als Lichtantrieb verwendet.

Zum einen muss eine Methode der schwebenden Animation für Menschen erfunden werden, und sie muss getestet werden, indem Menschen in schwebender Animation über Jahrzehnte, Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende hinweg erfolgreich wiederbelebt werden, bevor sie für eine jahrtausendelange Weltraumexpedition erprobt werden .

Menschen müssen nach immer längeren und längeren Zeiträumen ohne negative Auswirkungen wiederbelebt werden. Wenn also erwartet wird, dass die Expedition nach Andromeda X.000 Jahre in suspendierter Animation benötigt, sollten Menschen bereits nach X.000 Jahren in suspendierter Animation wiederbelebt worden sein. Und es kann mehrere Xtausend Jahre gedauert haben, bis sich die Menschen allmählich aufgebaut haben, um für Xtausend Jahre in suspendierter Animation zu sein.

Anstatt dass die Expedition zur Andromeda die allererste Expedition von der Erde aus ist, die schneller als Licht ist, ist es viel wahrscheinlicher, dass Erdenmenschen Teile unserer Galaxie mit dem schnelleren als Lichtantrieb seit zehn, hundert oder tausend Jahren erforscht und erreicht haben verschiedene Sterne, die Dutzende, Hunderte, Tausende und vielleicht sogar Zehntausende von Lichtjahren von der Erde entfernt sind, wenn sie beschließen, eine Expedition in die Andromeda-Galaxie zu schicken.

Sie könnten sogar die gesamte Milchstraße erforscht oder sogar Expeditionen zu verschiedenen Satellitengalaxien der Milchstraße, wie zum Beispiel den Magellanschen Wolken, entsandt haben, bevor sie sich entschieden haben, eine Expedition in die Andromeda-Galaxie zu schicken.

Die Erdmenschen sollten also über viele Lichtjahre und Parsec des Weltraums verteilt sein, wenn eine Expedition zur Andromeda-Galaxie geplant und gesendet wird.

Eine Sache, in der erdbasierte Astronomen sehr gut sind und sich ständig verbessern, ist die genaue Messung kleiner Winkel.

Ein Bogengrad ist 1/360 eines Kreises oder 0,002777 eines Kreises, eine Bogenminute ist 1/60 davon oder 0,0000462 eines Kreises, eine Bogensekunde ist 1/60 davon oder 0,0000007 eines Kreises, eine Millibogensekunde ist 0,001 Bogensekunde, eine Mikrobogensekunde ist 0,000001 Bogensekunde und so weiter.

Die Winkelgröße des Mondes von der Erde aus gesehen beträgt 29,3 bis 34,1 Bogenminuten, und die Winkelgröße der Sonne von der Erde aus gesehen beträgt 31,6 bis 32,7 Bogenminuten, abhängig von den Bahnabständen des Mondes von der Erde und der Erde von der Sonne. Das durchschnittliche Auflösungsvermögen des bloßen menschlichen Auges beträgt etwa eine Bogenminute.

Da die Sonne und andere Sterne das Zentrum der Galaxie mit Perioden von etwa 250.000.000 Jahren im Abstand der Sonne vom Zentrum umkreisen, ändern sich die Richtungen zwischen der Sonne und anderen Sternen langsam, eine Änderung, die sich ändert, wird Eigenbewegung der Sterne genannt . Die Eigenbewegung wurde vermutet, aber bis 1718 nicht bewiesen, und dann begannen die Astronomen, die Eigenbewegung immer genauer zu suchen und zu messen.

Die Entfernung von der Erde zur Sonne variiert während der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne, wird jedoch als astronomische Einheit oder AE von 149.597.870,7 Kilometern definiert. Zu jedem Zeitpunkt befindet sich die Erde von der Sonne aus gesehen in einer bestimmten Richtung, und genau ein halbes Jahr später befindet sich die Erde von der Sonne aus gesehen in genau der entgegengesetzten Richtung und etwa zwei astronomische Einheiten von ihrer vorherigen Position entfernt.

Eine Einheit namens Parsec, die erstmals um 1913 definiert wurde, ist die Entfernung, bei der eine AE eine einzelne Bogensekunde abzudecken scheint. Ein Parsec entspricht etwa 206.264,806 astromischen Einheiten oder etwa 3,261 Lichtjahren. Wenn ein astronomisches Objekt genau einen Parsec von der Sonne entfernt wäre, würde es sich scheinbar um zwei Bogensekunden bewegen, wenn es zweimal im Abstand von einem halben Jahr von der Erde aus gemessen wird, und man würde sagen, dass es eine Parallaxe von einer Bogensekunde hat.

In den späten 1830er Jahren versuchten Astronomen, die Parallaxen verschiedener Sterne mit großen Eigenbewegungen zu messen, die wahrscheinlich erdnah waren, und es gelang ihnen, die Parallaxen von 61 Cygni bei etwa 3,948 Parsec, Alpha Centauri bei etwa 1,34 Parsec und Vega bei etwa 7,68 zu messen Parsec.

Seitdem wurden Techniken zum Messen kleinerer und kleinerer Winkel und damit zum Messen kleinerer und kleinerer Parallaxen und größerer und größerer Entfernungen entwickelt. Der Satellit Hipparchos hat zwischen 1989 und 1993 die Parallaxen von über 100.000 Sternen mit einer Genauigkeit von 0,002 Bogensekunden gemessen, während der 2013 gestartete Satellit Gaia Parallaxen mit einer Genauigkeit von 20 Mikrobogensekunden oder 0,00002 Bogensekunden erhalten soll.

Ein Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit von Parallaxenmessungen entfernter Sterne besteht darin, die Länge der Basislinie zu erhöhen, indem Messungen aus entfernten Regionen des Sonnensystems vorgenommen werden.

Und sobald ein überlichtschneller Weltraumantrieb erfunden ist, kann die Genauigkeit von Parallaxenmessungen entfernter Sterne um das 206.264,806-fache erhöht werden, indem Beobachtungen von zwei Observatorien im interstellaren Raum im Abstand von 2 Parsec auf gegenüberliegenden Seiten des Sonnensystems mit einer 206.264,806-mal so langen Basislinie durchgeführt werden als erd- oder satellitengestützte Beobachtungen.

Der nahe der Erde kreisende Satellit Gaia soll Parallaxen mit einer Genauigkeit von 10 Prozent bis zur Entfernung des galaktischen Zentrums messen, was etwa 8.090 plus oder minus 310 Parsec oder 26.400 plus oder minus 1.000 Lichtjahre entspricht. Exakte Kopien des Gaia-Satelliten im Abstand von 2 Parsec zu platzieren, würde die Entfernung, in der Parallaxen genau sind, um das 206.264,806-fache auf 10 Prozent erhöhen, auf Entfernungen von etwa Hunderten von Millionen Parsec und Lichtjahren.

Kopien des Gaia-Satelliten in einem Abstand von 2.000 Parsec zu platzieren, würde die Genauigkeit tausendmal verbessern. Zu dem Zeitpunkt, an dem eine Expedition zur Andromeda-Galaxie geschickt wird, sollten die Entfernungen zu allen großen Sternen, Nebeln und anderen wichtigen Objekten in unserer Galaxie und nahe gelegenen Galaxien wie der Andromeda-Galaxie sehr genau gemessen worden sein.

Wenn also die Besatzung eines Schiffes, das von unserer Galaxie zur Andromeda-Galaxie unterwegs ist, ihre Position im Weltraum messen muss, kann sie versuchen, die Winkel zu verschiedenen astronomischen Körpern genau zu messen.

Beispielsweise können die Winkel zu den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren der Milchstraße, der Andromeda-Galaxie und der weiter entfernten Galaxie M87 im Virgo-Sternhaufen sehr genau gemessen werden.

Wenn sich das Raumschiff nicht auf einer geraden Linie zwischen den Zentren der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie befindet, werden ihre supermassiven Schwarzen Löcher vom Raumschiff aus gesehen nicht genau 180 Grad voneinander entfernt sein.

Indem sie die Winkel zu den beiden supermassiven Schwarzen Löchern messen, könnten sie bestimmen, dass das Raumschiff 5 Grad von einer geraden Linie zwischen ihnen entfernt ist, gemessen vom Schwarzen Loch der Milchstraße, und 1 Grad von dieser geraden Linie, gemessen vom Schwarz der Andromeda-Galaxie Loch. Das Raumschiff sollte sich also auf der Oberfläche eines Kegels mit einem Winkel von fünf Grad um die Linie mit der Spitze des Kegels beim Schwarzen Loch der Milchstraße und auch auf der Oberfläche eines Kegels mit einem Winkel von einem Grad um die Linie mit seiner Spitze beim Schwarzen Loch der Andromeda-Galaxie befinden. Und das Raumschiff muss sich also irgendwo in einem Kreis befinden, wo sich die beiden Kegel schneiden.

Und wenn sie die gleichen Berechnungen mit den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren der Milchstraße und der M87-Galaxien durchführen, können sie ihre Position auf einem anderen Kreis festlegen, auf dem sich zwei Kegel schneiden, und dort sollten nur ein oder zwei Punkte liegen zwei Kreise schneiden sich.

In den verschiedenen Galaxien der lokalen Gruppe gibt es mehrere hundert Kugelsternhaufen, und die Winkel zu Kugelsternhaufen können fast so genau gemessen werden wie die von supermassereichen Schwarzen Löchern. Wenn sie beispielsweise die Winkel zu zwei oder mehr Kugelsternhaufen in der Andromeda-Galaxie und zu zwei oder mehr Kugelsternhaufen in der Milchstraße finden, sollten sie ihre Position ziemlich genau bestimmen können.

Und wenn sie den Winkel zu einem astronomischen Körper messen, vielleicht dem, der als ihr Ziel in der Andromeda-Galaxie ausgewählt wurde, sehr genau, und dann das Schiff um einen Parsec in eine Richtung *0 Grad weg von der Richtung zu diesem Objekt bewegen, und dann Wenn Sie den Winkel zu diesem Objekt erneut messen, ist die Differenz der Winkel die Parallaxe und damit die Entfernung dieses Objekts.

Nach meiner Kenntnis des aktuellen Standes der Astronomie ist die Messung von Winkeln zur Bestimmung der Position im Weltraum viel fortschrittlicher und genauer als die Berechnung der Entfernung aus der Differenz zwischen der gemessenen scheinbaren Helligkeit und der geschätzten absoluten Helligkeit eines astronomischen Körpers. Sobald die Entfernungen und absoluten Größen der Cepheid-Variablen aufgrund von fortgeschritteneren Parallaxen viel genauer bekannt sind, wird ihre Verwendung als Entfernungsindikatoren natürlich viel präziser, aber ich weiß nicht, ob sie alle einholen und die Genauigkeit der Parallaxe übertreffen werden Messungen.

Und siehe diese Fragen:

Wie kann man die relative Position der Erde irgendwo in der Galaxie ohne Markierungen oder Brute-Force-Erkundung finden? 1

Woher weiß ich, wohin ich mein Raumschiff richten soll? 2

Wie würde ein Astronaut zu dem Schluss kommen, dass er auf der Erde ist, aber 600 Millionen Jahre in der Zukunft? 3

https://scifi.stackexchange.com/users/70015/ma-golding 4

Ich halte diese Methode für machbar, aber dennoch recht grob.

Wenn wir die Entfernung eines Sterns mit einer Genauigkeit von 1 Lichtjahr messen können (und ich bin mir ziemlich sicher, dass dies bereits eine ziemlich genaue Messung ist), haben alle damit verbundenen und abgeleiteten Messungen eine Unbestimmtheit in der gleichen Größenordnung.

Und 1 Lichtjahr sind 9500 Milliarden km oder 63.000 AE ... immer noch genau, wenn man es mit der Größe einer Galaxie vergleicht, ziemlich ungenau, wenn man sich in etwas von der Größe unseres Sonnensystems bewegen muss.

Indem sie mehr Cepheiden messen, können sie die Genauigkeit erhöhen, vielleicht auf etwa 1000 oder 100 AE (ein Faktor von 10 bzw. 100). Dennoch wäre es mehr als eine gute Annäherung für die intergalaktische, nicht für die interplanetare Navigation.

Ja, so ist es. Es gibt eine aktuelle Liste bekannter Pulsare mit sehr einzigartigen Eigenschaften, darunter einer, der die Pulsperiode so genau misst, dass er als das genaueste Zeitmessgerät gilt, das der Mensch kennt. Die Perioden variieren von wenigen Sekunden bis zu zwei oder drei Minuten, sodass es durchaus möglich ist, von überall im Universum, wo sie von Ihren Sensoren erfasst werden können, nach drei Pulsaren zu suchen, um Ihre Position zu triangulieren.

Bearbeiten: Nachdem ich ein wenig mehr gelesen habe, lautet meine Antwort nein, nicht als einsames Kartengerät. Das Problem ist, dass die Pulsperiode für eine Kurskorrektur innerhalb eines Tages wahrscheinlich zu lang ist. Das am besten dokumentierte Beispiel pulsiert zwischen ein paar Tagen und ein paar Monaten, je nachdem, welche Sie sich ansehen. Es gibt auch Probleme mit der Genauigkeit bei der Entfernung und kann um bis zu 7.500 Lichtjahre abweichen. Grundsätzlich zu langsam und ungenau, um eine schnelle Navigation zu ermöglichen, aber wenn Sie bereit sind, ein paar Jahre an einem Ort herumzuhängen ... Um sicherzugehen, dass Sie sich die richtigen Arten von Pulsen ansehen. Es gibt einige Typen, die zu unregelmäßigem Pulsieren neigen, und möglicherweise einige, die zum Starten und Stoppen neigen ... bei diesem Teil bin ich mir nicht sicher ... was zu Verzögerungen führen wird.

Wenn es sich nun um Wegpunkte handelt und Sie andere Methoden zur besseren Kurseinstellung verwenden, können Sie dies beheben, indem Sie ein paar schnelle Impulse finden und diese verwenden, um Ihre Position zu triangulieren. Wie ich in Pulsaren erwähnt habe, haben wir 14 verwendet, um unseren Standort relativ zu ihnen auf der Voyager zu identifizieren, also ist mehr als ein halbes Dutzend keine schlechte Idee. Angenommen, Sie verwenden die Cepheiden, um eine allgemeine Richtung zu finden, in die das Teleskop gerichtet werden soll, um einen genaueren Orientierungspunkt zu finden.

Ich könnte mich irren, aber ich denke, nicht zu wissen, wann sie aufgewacht sind, insbesondere auf den Zeitskalen intergalaktischer Reisen, wird ein großes Problem sein.

Sie könnten auf dieser Grundlage definitiv gute Kursentscheidungen treffen, wenn sie mit einem angemessenen Grad an Sicherheit wüssten, wann es war, aber ohne gute Zeit- oder Positionsfixierung bin ich mir nicht sicher, ob sie das schaffen können. Galaxien haben hohe Relativgeschwindigkeiten, oft mit sehr hohen Eigenbewegungen , eine gute Position zu bekommen, ohne zu wissen, wie viel Zeit vergangen ist, wird umständlich sein. Sie werden in der Lage sein, eine ziemlich solide Entfernungsschätzung für jeden einzelnen Zwerg zu erhalten, aber ihre relativen Positionen werden in unterschiedlichem Maße abweichen, je nachdem, wie Sie mit Ihrer Zeitschätzung daneben liegen. Am Ende wissen Sie, wo Sie sich relativ zu einer Reihe von Punkten befinden, von denen Sie glauben, dass sie relativ zueinander und zu Ihrem Ziel nicht dort sein sollten.

Wenn sie auf Andromeda zielen, ist es realistisch gesehen sinnvoller, die Mission mit einer Reihe eindeutiger Orientierungspunkte zu beginnen, wie Cepheiden, Supernova-Überreste (Nebel, Neutronensterne, Pulsare), Radioquellen, Quasare, Supergaints und was Sie sonst noch können kombiniert werden, um sowohl eine Zeitfixierung (durch Interpolieren des aktuellen Schlagmusters vieler mehrerer Baken mit fester Periode) als auch eine Navigationsfixierung basierend auf der Position mehrerer Orientierungspunkte zu erzeugen, die näher beieinander liegen und sich relativ zueinander viel langsamer bewegen.