Per secoli, i fari hanno aiutato i naviganti a raggiungere i porti in sicurezza. Le loro luci attraversano la nebbia e l’oscurità, guidando i marinai attraverso gli ostacoli e mantenendoli sulla giusta rotta. In futuro, gli esploratori dello spazio potrebbero ricevere una guida simile da segnali costanti creati dalle pulsar, riporta la NASA. Scienziati ed ingegneri stanno utilizzando la Stazione Spaziale Internazionale per sviluppare una navigazione basata sulle pulsar, utilizzando questi “fari cosmici” come assistenza nei viaggi verso la luna sotto il programma Artemis della NASA e nelle future missioni umane su Marte.
Le pulsar sono i resti estremamente densi di stelle che sono esplose come supernove. Emettono fotoni a raggi X in fasci stretti e luminosi che fendono il cielo proprio come un faro mentre la stella ruota. Da grande distanza, sembrano pulsare, da dove deriva il nome pulsar. Un telescopio a raggi X all’esterno della Stazione Spaziale, il Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), raccoglie e segna data e ora dell’arrivo della luce a raggi X dalle stelle di neutroni. Un software di NICER, chiamato Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT), utilizza i raggi delle pulsar per creare un sistema simile al GPS. Questo sistema, spesso chiamato XNAV, potrebbe fornire una navigazione autonoma in tutto il sistema solare e oltre. “Il GPS utilizza segnali sincronizzati in maniera precisa. Le pulsazioni da alcune stelle di neutroni sono molto stabili, alcune persino stabili come gli orologi atomici sulla Terra nel lungo termine, che le rende potenzialmente utili in modo simile”, afferma Luke Winternitz, ricercatore del Goddard Space Flight Center di Greenbelt (Maryland) della NASA.
La stabilità delle pulsazioni consente previsioni molto precise del loro tempo di arrivo a qualsiasi punto di riferimento nel sistema solare. Gli scienziati hanno sviluppato modelli dettagliati che prevedono con precisione quando una pulsazione arriva al centro della Terra, per esempio. Misurare il momento dell’arrivo della pulsazione ad un rilevatore su un velivolo spaziale e confrontarlo con il momento in cui è previsto l’arrivo ad un punto di riferimento, fornisce informazioni per navigare ben oltre il nostro pianeta. “Le informazioni di navigazione fornite dalle pulsar non si degradano spostandosi dalla Terra poiché le pulsar sono distribuite in tutta la Via Lattea”, afferma Munther Hassouneh, tecnico di navigazione e membro del team SEXTANT. “Trasforma concretamente la G di GPS da “globale” a “galattico”. Potrebbe funzionare ovunque nel sistema solare e persino trasportare sistemi robotici o con equipaggio oltre il sistema solare”, aggiunge Jason Mitchell, direttore dell’Advanced Communications and Navigation Technology Division nello Space Communication and Navigation Program della NASA.
Le pulsar possono essere osservate anche nella banda radio ma a differenza delle onde radio, i raggi X non sono ritardati dalla materia nello spazio. Inoltre, i rilevatori di raggi X possono essere più compatti e più piccoli delle antenne radio. Ma poiché le pulsazioni a raggi X sono molto deboli, un sistema deve essere abbastanza robusto da raccogliere un segnale sufficiente alla navigazione. La grande area di raccolta di NICER lo rende quasi ideale per la ricerca XNAV. Un futuro sistema XNAV potrebbe essere più piccolo, scambiando le dimensioni per tempi di raccolta più lunghi. “NICER ha più o meno le dimensioni di una lavatrice, ma si potrebbero ridurre drasticamente le sue dimensioni e il suo volume. Per esempio, sarebbe interessante inserire un telescopio XNAV in un piccolo satellite che potrebbe navigare autonomamente nella fascia degli asteroidi e caratterizzare i corpi primitivi del sistema solare”, spiega Mitchell.
SEXTANT ha già dimostrato con successo la navigazione basata su pulsar in tempo reale sulla Stazione Spaziale. Ha anche studiato l’utilizzo delle pulsar per il cronometraggio e la sincronizzazione degli orologi e sta aiutando ad espandere il catalogo di pulsar da usare come punti di riferimento per XNAV. Il team SEXTANT ora sta studiando la navigazione autonoma XNAV sulla piattaforma Gateway della NASA come tecnica per supportare le missioni con equipaggio su Marte. Gli astronauti potrebbero utilizzarlo per integrare le capacità di navigazione a bordo se dovessero tornare sulla Terra da soli. I fari cosmici come guida per i veicoli spaziali sono più vicini alla realtà.
