Global Positioning System Berbasis Denyut Radiasi Pulsar Bintang

Tinuku
News KeSimpulan.com - Global Positioning System (GPS) Kosmik tidak akan menggunakan satelit tetapi memanfaatkan denyut bintang sebagai beacon surgawi.

Untuk menemukan warung kopi favorit Anda di sebuah kota menggunakan petunjuk melalui satelit. Namun teknologi ini tidak banyak membantu ketika ingin menengok kebun milik anda di Jupiter dari Bumi. Jadi para teoretikus mengusulkan jenis baru positioning system berbasis kedipan bintang. Dengan menerima blip radio dari pulsar, bintang yang memancarkan radiasi seperti jarum jam, dimana sebuah pesawat ruang angkasa di luar atmosfer bisa mengetahui posisi di ruang angkasa.

Berbeda dengan Global Positioning System (GPS) berbasis satelit yang digunakan untuk mobil dan smart phones, pulsar positioning system tidak perlu manusia untuk melakukan koreksi sehari-hari. "Anda berada di pesawat ruang angkasa dan Anda bisa menavigasi tanpa bantuan dari Bumi," kata Angelo Tartaglia, fisikawan dari Polytechnic University of Turin di Italia. Meskipun sistem navigasi yang diusulkan oleh Tartaglia dan rekannya masih berupa dari konsep, sistem GPS terbaru yang dibangun di Eropa yaitu Galileo System bisa menerapkan konsep ini dalam satu dekade ke depan, kata Tartaglia.

Prinsip pulsar tidak terlalu berbeda dari GPS biasa. Penerima GPS di dalam mobil atau ponsel menerima sinyal radio dari satelit yang mengorbit bumi. Satelit disinkronkan dengan jam atom untuk memancarkan sinyal secara bersamaan. Karena jarak semua satelit berbeda untuk penerima, setiap pesan mencapai gadget pada waktu yang berbeda. Dari perbedaan waktu, perangkat GPS menyimpulkan jarak ke setiap satelit sehingga dapat menghitung posisinya sendiri. Perangkat konsumen terbaik dapat menentukan lokasi dalam area satu meter di bawah kondisi ideal, tetapi gedung-gedung tinggi atau gangguan lain dapat memperlebar hingga 10 sampai 20 meter atau lebih.

Karena satelit bergerak sangat cepat (mengorbit bumi dua kali setiap hari), teori relativitas khusus Einstein harus dipertimbangkan yang mensyaratkan waktu lebih lambat dibandingkan dengan di Bumi. Setelah dua menit, jam satelit sudah tidak sinkron dengan jam di Bumi. Mengirimkan waktu yang tepat untuk setiap satelit adalah tugas konstan oleh mereka di Departemen Pertahanan yang menentukan waktu nyata dari sebuah ensemble jam di Bumi.

Kedipan reguler sebuah pulsar dapat digunakan untuk memberitahu waktu seperti sinyal yang diterima dari satelit GPS. Tetapi matematika dalam sistem berbasis pulsar baru sudah singkron untuk relativitas sehingga tidak perlu koreksi. Pulsar, sisa-sisa supernova yang padat menyapu radiasi sinar kutub Bumi, melayani waktu dengan baik dalam beberapa kasus dibandingkan dengan jam atom. Kelebihan pulsar yaitu relatif tidak banyak bergerak terhadap bumi dalam waktu antar pulsa dan jarak tersebut tidak bergerak selama beberapa bulan.

Tim peneliti mensimulasikan sistem navigasi pada komputer dengan menggunakan software yang meniru sinyal pulsar seolah-olah diterima di sebuah observatorium di Australia. Para peneliti mencatat pulsa palsu setiap 10 detik selama tiga hari. Dengan menyimpulkan jarak antara pulsar dan observatorium, tim melacak lintasan pengamatan di permukaan Bumi yang berputar dengan akurasi beberapa nanodetik atau setara dengan beberapa ratus meter. Tim melaporkan ke server preprint arXiv :

We apply a previously proposed relativistic positioning method based on the use of pulsed signals from sources at infinity, to the reconstruction of the world-line of the Earth in the reference frame of distant pulsars. The method considers the null four-vectors built from the period of the pulses and the direction cosines of the propagation from each source. Starting from a simplified problem (a receiver at rest) we have been able to calibrate our procedure, evidencing the influence of the uncertainty on the arrival times of the pulses as measured by the receiver, and of the numerical treatment of the data. The most relevant parameter turns out to be the accuracy of the clock used by the receiver. Actually the uncertainty used in the simulations combines both the accuracy of the clock and the fluctuations in the sources. The method has then been applied to the case of the Earth, simulating the arrival times of the signals from four pulsars at the location of the Parkes radiotelescope in Australia. A rough application of the method to a three days run gives a correct result with a poor accuracy. The accuracy is then enhanced to the order of a few hundred meters if a continuous set of data is assumed. The viability of the method, whose additional value is in the self-sufficiency, i.e. independence from any control from other operators, has been confirmed.

Bagaimanapun sumber pulsar sangat lemah dan untuk mendeteksi biasanya memerlukan teleskop radio berukuran besar di pesawat ruang angkasa. Jadi para peneliti mengusulkan untuk menciptakan sumber radiasi denyut dengan menanam emitter gelombang radio pada objek-objek cerah seperti Mars, Bulan atau bahkan asteroid. Setidaknya empat sumber harus terlihat pada saat menentukan posisi dalam ruang tiga dimensi dan satu dimensi waktu. Termasuk pulsar radio cerah di luar bidang tata surya yang ideal karena menjadi ujung tetrahedron, sebuah konfigurasi yang akan membuat perhitungan lebih akurat.

Atau bisa mencari pulsar yang memancarkan sinar-X yaitu sinyal yang lebih terang. Antena X-ray juga lebih kecil dan ringan, kata Richard Matzner, fisikawan dari University of Texas di Austin. Kelemahannya adalah oversensitivitas elektron yang mengelilingi Bumi. Tetapi X-ray-based positioning system dapat tepat ke dalam jarak 10 meter, peningkatan 100 meter atau lebih akurat dari sistem pulsar radio. Entah sistem akan cukup akurat untuk melacak pesawat ruang angkasa dengan kecepatan 19.000 meter per detik seperti perjalanan pesawat ruang angkasa Cassini untuk mencapai Saturnus dari Bumi pada tahun 1999.

Sangat mudah untuk menghitung posisi satelit di sepanjang garis pandang dengan mengukur Doppler shift, perubahan frekuensi dengan kecepatan obyek, tetapi lebih sulit untuk membuat gambar 3 dimensi dari lintasan pesawat ruang angkasa, kata Scott Ransom, astronom dari National Radio Astronomy Observatory di Charlottesville, Va. Sebuah sistem pulsar bisa melacak 3 dimensi dan mendeteksi jika pesawat ruang angkasa menyimpang dari jalurnya.

Pulsar berbasis sistem mungkin tidak tepat sebagai GPS tetapi bisa menjadi sistem cadangan untuk GPS jika kontrol di darat untuk satelit gagal. "Akan lebih baik daripada tidak sama sekali. Ini adalah polis asuransi," kata Matzner.
  1. Matteo Luca Ruggiero, Emiliano Capolongo, Angelo Tartaglia. Pulsars as celestial beacons to detect the motion of the Earth, Submitted on 30 Oct 2010, arXiv:1011.0065v1 [gr-qc]
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment