Altijd weten waar je bent in het heelal

De ruimtesonde New Horizons op weg naar de kuipergordel. iLLUSTRATIE JHUAPL/SwRI

Het satellietnavigatiesysteem GPS mag een geschenk van de ruimtevaart zijn, ruimteschepen zelf hebben er niet veel aan: al op 20 duizend kilometer van de aarde, een haarbreedte in astronomische termen, begint de precisie af te nemen.

Chinese en Australische onderzoekers hebben nu software geschreven om op verre ruimtereizen posities te bepalen met hulp van natuurlijke GPS-satellieten: pulsars. Pulsars (van pulsating star: knipperende ster) zijn snel om hun as draaiende neutronensterren die radio- en soms röntgenstraling uitzenden in smalle bundels, als draaiende vuurtorens.

Soms zwiept zo’n bundel ook over ons zonnestelsel. Zo’n pulsar lijkt dan te knipperen, vaak honderden keren per seconde, met grote precisie. De straling reist, net als GPS-signalen, met de lichtsnelheid. Door onderweg precies te meten hoe het moment van aan- en uitknippen verschuift, kan een ruimteschip bijhouden hoe de afstand tot de pulsar verandert.

Door de straling van vier pulsars in verschillende richtingen elke week een uur lang te meten is de positie van een ruimteschip tot op 20 kilometer precies te bepalen, zo schrijven Deng Xinping van het Nationaal Ruimte-onderzoekscentrum in Peking en collega’s, in een artikel in vakblad Advances in Space Research. De snelheid is te schatten met een precisie van 10 centimeter per seconde. De metingen kunnen worden gedaan met kleine röntgentelescopen die aan boord van een sonde zouden passen.

Van sondes die de diepe ruimte betreden, zoals bijvoorbeeld New Horizons die in 2015 langs Pluto zal vliegen, wordt de positie op aarde bepaald met hulp van radiosignalen die de sonde uitzendt. Uit de richting en het moment van uitzenden kan de positie van de sonde worden afgeleid. Maar zo’n systeem is niet autonoom, en de precisie daalt bij grotere afstanden.

Gewoon navigeren op de sterrenhemel, zoals de oude zeelieden deden, kan natuurlijk ook. Maar de meetfout van deze aanpak bedraagt zo’n 250 kilometer.