Wie könnte der Standort der Erde in stellaren Begriffen referenziert werden?

Wie der untere linke Teil des Bildes unten .

Definieren Sie eine Reihe von Pulsaren, indem Sie die Proportionen zwischen ihren Frequenzen beschreiben. Definieren Sie Abstände von jedem von ihnen. Dadurch wird ein Punkt im Weltraum eindeutig identifiziert, und die Pulsare sind sehr effiziente „Leuchtfeuer“, die von weitem erkennbar sind.

Dies würde die Position der Sonne bestimmen. Was die Erde, den dritten Planeten angeht, ganz einfach.

Ich vermute, dass die Navigation zu einer Galaxie durch die Kenntnis der Eigenschaften der Galaxie erfolgen würde. Es gibt einige Möglichkeiten, dies zu tun, aber je nach Orbitalauflösung würden die Form, die Pulsareigenschaften, die Eigenschaften des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie oder noch allgemeinere Elemente wie dieser Wikipedia -Artikel Hinweise auf eine Galaxie charakterisieren. Dies würde für eine relativ weit entfernte Identifizierung der Milchstraße funktionieren.

Innerhalb einer Galaxie ist das Problem viel einfacher. Pulsare haben eine einzigartige Frequenz, und es gibt genug davon, dass man sie benutzen kann, um herauszufinden, wo man sich im Weltraum befindet und als Ergebnis, wo die Erde ist. Im Wesentlichen nehmen Sie hundert dieser Markierungen und zeichnen die Winkel gegeneinander auf, durchlaufen einen linearen Solver, um zu bestimmen, wo Sie sich befinden. Ich vermute, dass die praktische Genauigkeit dieser so groß ist, dass Sie, sobald Sie sie verwendet haben, feststellen können, wo die Sonne nahe genug ist, um ein Schiff dorthin zu schicken und die Erde mit visuellen Mitteln zu erkennen.

Die Erdnavigation beinhaltet zwei Standortbestimmungen: den Standort Ihres Ziels und Ihren aktuellen Standort.

Zur Standortbestimmung benötigen Sie ein Koordinatensystem. Das Koordinatensystem, das wir für die Erdnavigation erstellt haben, verwendet Breiten- und Längengrade. Der Ursprung des Breitengrades der Erde liegt am Äquator, während der Ursprung des Längengrades der Erde am Observatorium von Greenwich in Großbritannien liegt. Die Raumfahrt wird wahrscheinlich ein ähnlich zusammengesetztes Ursprungssystem beinhalten, abhängig vom Umfang der Reise. Für die interplanetare Raumfahrt verwendet die NASA mehrere verschiedene Koordinatensysteme, die hier beschrieben werden . Interstellare Raumfahrt, Reisen innerhalb der Galaxie, kann das gleiche galaktische Koordinatensystem verwenden , das Astronomen verwenden, oder es kann ein angepasstes Koordinatensystem mit dem galaktischen Zentrum als Ursprung verwenden. Ebenso kann die intergalaktische Raumfahrt das supergalaktische Koordinatensystem verwendendie Astronomen verwenden, oder es kann eine modifizierte Version verwenden.

Wenn wir auf der Erde navigieren, werden die Standorte der meisten Ziele mit Suchsoftware bestimmt, wir suchen wirklich nur selbst GPS-Koordinaten und geben sie in unser GPS ein, wenn das Ziel unbenannt ist. Die Bestimmung der Position von Zielen in der Langstrecken-Raumfahrt wird wahrscheinlich ähnlich sein. Ein Ziel wird in den Navigationscomputer eingegeben, der den Ort in seiner Datenbank findet.

Satelliten in der Erdumlaufbahn verwenden häufig Sternentracker, um die Ausrichtung (Lage) des Satelliten zu bestimmen. Es ist möglich, dass interstellare Raumfahrzeuge mit Teleskopen und Computern ausgestattet werden, die den Standort basierend auf der Anordnung der Sterne in unserer Galaxie und anderen Galaxien bestimmen.

Unabhängig vom Koordinatensystem erfordert die Raumfahrtnavigation mehr Informationen als GPS-Systeme. Auf der Erde sind die Koordinaten relativ fest (tektonische Bewegungen sind normalerweise auf menschlichen Zeitskalen vernachlässigbar). Im Weltraum bewirken die verschiedenen Orbitalgeschwindigkeiten verschiedener Körper, dass sich die Orte jedes Ziels im Laufe der Zeit in Bezug auf andere ändern. Aus diesem Grund müssen Raumflug-Navigationscomputer die Orte der Ziele in ihren Datenbanken regelmäßig neu berechnen und weitere Orbitalmechaniken berücksichtigen, wenn sie einen Kurs zum angeforderten Ziel aufzeichnen.

Das Problem der Navigation im Weltraum geht zumindest vorerst zurück zu den Grundlagen: Navigieren Sie nach den Sternen.

Bleiben wir zunächst bei der interstellaren Variante. GPS funktioniert, indem es Ihre Position von mindestens 3 Satelliten trianguliert, während Sie in der Luft, als Flugzeug oder Raumschiff, mindestens 4 Satelliten benötigen, um Ihre Position zu bestimmen. Wie Uwe in den Kommentaren feststellte, ist es sogar im Weltraum über dem Geostationary Orbit, also über den GPS-Satelliten, möglich, Ihre Position von diesen zu erhalten. Aber je weiter die Entfernung zu den Satelliten ist, desto schwieriger wird es, da das GPS-Signal auf die Oberfläche gerichtet ist.

Im interstellaren Raum in der Milchstraße müsste der Empfänger wissen, wo sich der Sender zum Zeitpunkt des Sendens des Signals befand und wie lange das Signal gereist ist. Dann haben Sie Signalstörungen und falsche Signale von Sternen und so weiter. Außerdem würden Sie Signale aus vielen verschiedenen Richtungen benötigen, so viele aus der ganzen Galaxie. Wenn Sie davon ausgehen, dass Sie mit relativistischen Geschwindigkeiten reisen, haben Sie Rotverschiebung und Blauverschiebung, die die Dinge noch komplizierter machen.

Die einzige zuverlässige Option wären die Sterne, die Sie sehen, höchstwahrscheinlich Pulsare, um sich zu orientieren, aber wenn Sie durch sie hindurch navigieren, auch andere Galaxien, da sie für Sie die Fixsterne sind, während Sterne und Pulsare als eine Art Leuchtturmersatz funktionieren würden.

Intergalaktische Reisen sind noch schlimmer, da Sie nur die Galaxien als Referenz haben.

Sterne wären die Autobahnabfahrt, da Sie Planeten nicht selbst erkennen können. Sie würden also auf ihren Stern zielen und dann nach den Planeten suchen, die er umkreist.

Auf was wir hoffen können, ist ein Massendetektor, etwas, um gravitative Massen direkt aus der Ferne zu detektieren. Das würde es ermöglichen, Planeten, Schwarze Löcher und vielleicht sogar Ansammlungen von Dunkler Materie zu finden. Und so könnten Sie auch durch sie navigieren.

Angenommen, Weltraumreisen wären möglich (z. B. zu anderen Galaxien weit außerhalb der unseren), wie würde der Standort der Erde dargestellt, damit Piloten den Weg zurück finden könnten?

Die Andromeda-Galaxie ist 2,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, sodass eine Hin- und Rückfahrt selbst bei Geschwindigkeiten, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, mindestens 5 Millionen Jahre Erdzeit dauern wird. Die eigentliche Zeit an Bord des Schiffes wird unter Berücksichtigung der relativistischen Zeitdilatation immer noch Millionen von Jahren betragen. Wenn es sich bei den Piloten um Menschen handelt, ist es unwahrscheinlich, dass sie selbst den Weg zurück finden. Es müssten ihre entfernten Nachkommen oder eine automatisierte Sonde sein, die zurückkommen würden.

Umlaufbahnen von Sternen in unserer Galaxie sind auf Zeitskalen von etwa chaotisch$10^9$Jahre . Wenn das Raumschiff in der Lage ist, sich nahe genug an Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, und die besuchte Galaxie nicht zu weit entfernt ist, sollte das Schiff theoretisch in weniger als dieser Zeit zurückkommen können. Daher scheint es mir, dass die einfachste Methode, unser Sonnensystem wiederzufinden, darin besteht, einen Sternenatlas der Umlaufbahnparameter von Sternen in unserer Galaxie mitzunehmen und eine Simulation durchzuführen. Wenn Sie nach 73,088 Millionen Jahren nach Hause in die Milchstraße zurückgekehrt sind, führen Sie eine Simulation durch und finden heraus, wie die Galaxie aussehen sollte. Gleichen Sie das mit dem ab, was Sie sehen, und navigieren Sie zu dem Ort, an dem die Sonne simuliert wurde.