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  • 14/01/2018

Astronáutica

Los púlsares como GPS

Un experimento muestra que una nave espacial puede utilizar las señales de estrellas de neutrones que rotan rápidamente para navegar por el espacio profundo sin instrucciones humanas.

Nature News

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Los ensamblajes de espejos de NICER concentran los rayos X en detectores de silicio para estudiar los púlsares. Y, en el experimento SEXTANT, para ensayar la navegación espacial con púlsares [NASA's Goddard Space Flight Center/Keith Gendreau].

National Harbor, Maryland

A bordo de la Estación Espacial Internacional, un experimento de la NASA ha mostrado cómo podrían misiones futuras navegar a través del espacio profundo. Las naves triangularían su localización, como si se tratara de una especie de Sistema de Posicionamiento Global (GPS) cósmico, por medio de las señales, con regularidad de reloj, de lejanas estrellas muertas.

En noviembre pasado, el Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones (NICER) se pasó día y medio observando una serie de púlsares, es decir, de restos estelares que emiten haces de potente radiación mientras giran. Midiendo los cambios en los tiempos de llegada de las pulsaciones, NICER determinó su propia localización con un margen de error de solo 5 kilómetros.

Es la primera exhibición en el espacio de una técnica cuya aplicación se perseguía desde hace mucho: la navegación con púlsares. Algún día podría ayudar a una nave espacial a seguir su rumbo sin que tenga que recibir con regularidad instrucciones desde la Tierra.

«Creemos que es una gran cosa», dice Keith Gendreau, astrofísico del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, e investigador principal de la misión. «Es una forma magnífica de aplicar los resultados astrofísicos a fin de explorar el sistema solar externo y más allá».

Gendreau informó de lo conseguido el 11 de enero en una reunión de la Sociedad Astronómica Americana en National Harbor, Maryland.

Balizas estelares

Los púlsares son los remanentes densísimos y rotativos de estrellas que estallaron. Algunos emiten destellos de radiación cada pocas milésimas de segundo. Los ingenieros aeroespaciales llevan mucho tiempo soñando con usar como señales para la navegación estas emisiones repetitivas tan constantes, tal y como usan para ello el regular latido de los relojes atómicos instalados en los satélites del GPS.

En 1999-2000, el Laboratorio de Investigaciones Navales de Estados Unidos efectuó un experimento en un satélite que demostró que, en teoría, una nave espacial podría orientarse gracias a los púlsares. La Agencia Espacial Europea ha estudiado la idea; sus investigadores han calculado que una nave espacial determinaría su propia posición por medio de los púlsares con un margen de error de 2 kilómetros aunque volase 30 veces más lejos de la Tierra de lo que la Tierra está del Sol.

China lanzó en noviembre de 2016 un satélite experimental de navegación con púlsares, el XPNAV-1. Estudió el púlsar del Cangrejo, a 2000 pársec de distancia (6500 años luz), en la constelación de Tauro, como ensayo preliminar para ver si podía hacerse con sus señales de rayos X.

Un púlsar (una estrella de neutrones rotativa, aunque el año pasado se atribuyó la condición de púlsar a una enana blanca) emite en su rápido giro poderosos haces de radiación [Dana Berry/NASA]NICER fue instalado en la Estación Espacial Internacional en junio de 2017. Su tarea principal es medir el tamaño de los púlsares para saber mejor cómo es la materia ultradensa de que están compuestos. El experimento de la navegación con púlsares, llamado Explorador de la Estación para la Tecnología de Temporización y Navegación con Rayos X (SEXTANT, en alusión, claro está, al instrumento clásico de navegación), es un premio adicional.

SEXTANT midió en el Día de los Veteranos (el 11 de noviembre) de 2017 los tiempos de llegada de los destellos de rayos X de cuatro púlsares, uno de los cuales es el más cercano y brillante púlsar de milisegundos conocido. Observaba cada una de esas balizas durante unos entre cinco y quince minutos antes de reorientarse automáticamente para mirar a la siguiente. Así se determinaron los minúsculos cambios en los tiempos de llegada de las señales mientras el experimento orbitaba alrededor de la Tierra; con esa información, NICER podía calcular por sí mismo su propia posición en el espacio.

Libres para escoger su camino

Sin la navegación por púlsares, una nave espacial tiene que comunicarse con la Tierra regularmente para confirmar su posición. Pero esa comunicación −por medio de sistemas como la Red del Espacio Profundo de la NASA, un grupo de parabólicas gigantes− lleva tiempo, es cara y se va haciendo más difícil a medida que la sonda se aleja de la Tierra. La navegación con púlsares les vendría bien a las naves espaciales que viajasen al sistema solar exterior: les permitiría realizar por su cuenta muchas tareas relativas a la navegación sin tener que esperar instrucciones, explica Gendreau.

Esta técnica podría aportar además una comprobación independiente del funcionamiento correcto de los sistemas ordinarios de navegación de la nave, según Xaven Arzoumanian, del equipo de NICER. La NASA contribuyó a la financiación del ensayo para ver si los púlsares valdrían como método de navegación de reserva cuando, allá por la década que viene, la proyectada cápsula tripulada Orión lleve a astronautas a una órbita terrestre baja.

NICER usó 52 pequeños telescopios de rayos X en su estudio, pero seguramente bastaría con uno solo, dice Gendrau. El instrumento pesaría solo cinco kilogramos, así que no sería demasiado caro añadirlo a las misiones espaciales, en las que más masa significa que se necesita más dinero para el lanzamiento.

El equipo tiene pensado repetir el experimento en los próximos meses; espera reducir el margen de error a un kilómetro o menos.

Gendreau señala que el famoso «disco dorado» que viaja a bordo de la nave Voyager de la NASA incluye un mapa con la localización precisa del sistema solar con respecto a 14 púlsares. Si una civilización extraterrestre encontrase alguna vez el disco, podría valerse de él para localizar la Tierra. «De niño, oí a Carl Sagan hablar del disco dorado», recuerda Gendreau. «Y ahora estamos haciendo eso de verdad».

Alexandra Witze / Nature News.

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Más información en NASA.

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