Корабль «Новые Горизонты» смогли сориентировать по звёздам
Морские корабли раньше за неимением иных средств навигации ориентировались по звёздам. Навигация по звёздам — вполне легитимное и не экзотическое средство управления и для космических кораблей, особенно в начале космической эры. Правда, по звёздам определяли не столько положение, сколько ориентацию аппарата в пространстве. Астрономы продемонстрировали действенность дедовского метода навигации на примере межзвёздного зонда «Новые Горизонты», сумев определить его положение исходя из смещения ближайших звёзд.
Аппарат NASA New Horizons в настоящее время путешествует среди объектов пояса Койпера и с момента запуска в 2006 году отлетел на расстояние 9,15 миллиардов километров от Земли. Для демонстрации технологии звёздной навигации аппарат в 2020 году сделал снимки двух ближайших звёзд — Проксима Центавры на расстоянии 4,2 световых года и звезды Вольфа 359 на расстоянии 7,86 световых лет.
С точки зрения камер «Новых Горизонтов» две ближние звезды расположены на небесной сфере с некоторым смещением по сравнению со взглядом с Земли. Это явление называется параллакс. В астрономии это базовый метод определения расстояния до не очень далёких звёзд. Расстояние между двумя наблюдателями, которые и фиксируют параллактическое смещение звезды на небесной сфере, называют базой параллакса. Традиционно в качестве базы измерений параллакса используется два разных положения Земли на солнечной орбите, которые она занимает с интервалом в полгода, то есть доступное максимальное расстояние для измерения параллакса около 300 миллионов километров (2 а.е.). Располагая рабочей камерой на космическом аппарате, удалённом на пару миллиардов километров, параллактические измерения можно выполнять для гораздо более удалённых объектов, чем ближние звёзды. Но в базовом эксперименте астрономы определяли не расстояние до звёзд Проксима Центавра и Вольфа 359, которое и так известно с неплохой точностью, а пробовали решить обратную задачу — найти по звёздам положение самого космического корабля. Съёмка звёзд производилась в апреле 2020 года, когда аппарат был на расстоянии 47 а.е. от Земли. Звёзды были выбраны исходя из их положения на небесной сфере и удачного размещения по отношению к Солнцу и направлению на корабль. Проксима Центавра находится там, где и указывает её название, то есть в южном созвездии Центавра, а звезда Вольфа 359 — в созвездии Льва. Направления на обе звезды составляют почти прямой угол, то есть являются базисом почти идеальной прямоугольной координатной системы. Такое расположение опорных точек даёт повышенную точность триангуляции. Статья о звёздной навигации «Новых Горизонтов» в июне 2025 года вышла в Astronomical Journal.
Используя смещение двух этих звёзд и имеющуюся трёхмерную модель строения ближайших звёздных окрестностей удалось определить положение аппарата по отношению к ближним звёздам с точностью примерно 60 миллионов километров. С учётом расстояния до реперных объектов, то есть ближних звёзд, это соответствует точности порядка метра на расстояниях в несколько сот километров.
Положение этого, как и других межзвёздных зондов, вообще-то, известно и так. Штатный способ отслеживания аппарата — это сеть Deep Space Network (DSN), которая состоит из нескольких станций в разных точках Земли. Точность звёздной навигации в этом пилотном эксперименте составила 0,27 астрономических единиц, если рассматривать определение расстояния от Солнца. С практической точки зрения, как возможность реально отслеживать космический корабль «по звёздам», точность эксперимента в меру скромная — имеющиеся методики дают гораздо лучшие результаты. Поэтому, как подчёркивают авторы, эта практика навигации из времён Колумба и Co. — прежде всего «демонстрация технологии», и в какой-то степени — популяризация астрономии и гражданской науки: сотни астрономов-любителей в рамках программы межзвёздного параллакса «Новых Горизонтов» могли предоставить свои снимки реперных звёзд, а студенты — выполнить лабораторную работу по освоению методики параллакса на реальном материале.
«Новые горизонты» — пятый космический аппарат, который достигнет межзвёздного пространства. Первоначальной его задачей было изучение Плутона и его самого крупного спутника Харона, мимо которых на расстоянии 33 астрономических единицы от Земли он пролетел в 2015 году. В расширенном варианте миссии аппарат продолжает изучать гелиосферу и направляется к её границе — «входу» в межзвёздное пространство, которой он достигнет через несколько лет.