Navigasjon omfatter alt som inng?r innenfor ? finne posisjonen og retningen til et objekt. P? jorden kan vi bruke mange metoder til ? orientere seg selv, noen av dem er kompass, stjernebilder, objekter i naturen, sola eller kart. Navigasjon i verdensrommet er litt vanskeligere enn som s?, for hvordan vet vi egentlig hvilken retning utstyrene peker, og hvor vi er?
Kompass bruker magnetfeltet laget av kjernen til jorden til ? peke i en bestemt retning, stjernebilder krever at man kjenner nattehimmelen og har laget et system som gj?r at man kan finne retningen man ser i. Eksempel s? bruker man polarstjernen p? den nordlige halvkule til ? finne ut av hvor nord er i forhold til retningen man ser. Dette er noen f? eksempler men de har samme problem i v?rt tilfelle, metodene vil ikke fungere i verdensrommet p? grunn av at det er begrenset til ? bare v?re brukelig p? planeten. Eneste metoden som kan fungere ute i verdensrommet er ? bruke stjernebilder som v?r navigerings metode. I v?rt tilfelle kan vi anta at vi ikke har brukt nok tid til ? kartlegge himmelen og stjernene til den grad at det kan brukes til navigasjon.
Vi kunne brukt v?r egen stjerne til ? vite retningen utstyrene peker i underveis, men dette gj?r at et objekt som st?r stille vil v?re i forskjellig retning avhengig av din egen posisjon. Se for deg at du setter en pinne i bakken, og du ber en person st? stille ved siden av deg slik at begge ser mot pinnen. vi kan anta at du st?r p? personens h?yre side, s? dersom man definerer retningen du ser pinnen i som nord, s? vil personen ut fra den definisjonen st? vest for deg. S? g?r du mot klokken med en vinkel p? \(90^o\) grader, da vil den andre personen st? nord-vest for deg dersom avstanden fra deg til pinnen forblir det samme. Dette gj?r at det blir h?pl?st ? vite hvor objekter burde v?re n?r definisjonen for hvor nord, eller vinkelen \(\phi = 0^o\) hele tiden endrer seg samtidig som de andre objektene beveger p? seg.
Kart hadde v?rt en fin ting, men det blir h?pl?st ? bruke det uten ? ha noen distinkte landemerker som man kan orientere seg med. Eksempel s? kan du tenke deg at du skal finne frem til en adresse men bykartet du har f?tt er helt symmetrisk, og ser helt lik ut over alt. Med kart ser man ofte etter objekter en selv kan se, i forhold til der de ligger p? kartet, men hvordan gj?r man det n?r du ikke har noe distinkt landemerke? Vel kartet blir ubrukelig. Det samme kan sies om verdensrommet, for ? bruke sm? konsentrasjoner av st?v og partikler som landemerker er h?pl?st og ikke praktisk.
Vi antar at magnetfeltet fra v?r egen planet ikke er sterkt nok til ? n? ut til de avstandene vi trenger det i, det er ogs? et problem at vi da bare vil vite hvilken retning v?r egen planet befinner seg i, i forhold til raketten. Vi kunne brukt magnetfeltet til stjernen v?r men da st?ter vi p? samme problem som i eksempelet med pinnen. Vi trenger et system som ikke endrer seg over den tiden raketten bruker for ? n? destinasjonen.
Det er heldigvis en mulig l?sning, vi kan sette \(\phi = 0^o\) p? et bestemt sted p? himmelen, og ta et panorama bilde, \(360^o \) rundt oss selv, for s? ? bruke teknikker innenfor bildeanalyse til ? finne orienteringen, retningen, som utstyret i raketten peker mot.
Her er det mange antagelser og forenklinger vi har gjort, som gj?r at dette er en mulig m?te ? gj?re det p?. F?rste antagelsen er at vi bare tar hensyn til et 2 dimensjonalt plan i xy-planet, det betyr at vi ikke, i noen s?rlig stor grad, vil ta hensyn til z-retningen. Verdensrommet er s? stort at det ikke gj?r noe s?rlig om vi beveger oss opp eller ned et par hundre kilometer fra der vi definerer z = 0. Alt det vil gj?re er ? gi oss mer utregninger underveis.
Omgivelsene, bakgrunnen, vil forbli det samme p? grunn av de utrolige store avstandene. Det blir som om du, under en fullm?ne, ser opp, merker hvor den er i forhold til andre objekter, for s? ? flytte p? deg et par hundre kilometer i en retning for s? ? gj?re det igjen. Det du ser er at det ikke er noe merkbar forskjell mellom f?r og etter ? ha flyttet deg, for avstanden er s? stor at din bevegelse ikke har noe ? si for posisjonen du oppfatter at den er i. Det betyr at horisonten ut mot resten av verdensrommet kan brukes som et statisk referanse og dermed som et fungerende system du kan bruke til ? navigere med.
Akkurat som med retningen utstyret v?rt peker i, s? er posisjonen til raketten ogs? viktig ? kunne finne. Til dette har vi utmerket teknologi som forteller oss hvor vi er i forhold til de andre planetene, inkludert v?r egen stjerne. Disse avstandene kommer i astronomiske enheter, som vi burde v?re kjent med n?.
For posisjonen vil vi derfor forholde oss til v?r innebygde teknologi. Vi kunne alltid ha brukt for eksempel, kraften som virker p? oss fra hvert av objektene, men dette er tungvint, upresist og meget un?dvendig. Vi antar ogs? at vi vet posisjonene til planetene til enhver tid, s? hvordan bruker vi avstanden fra planetene til v?r fordel?
Ser vi p? dette ved ? bruke litt geometri vil man se at avstandene kan bli sett p? som radiusen til en sirkel, s? n?r man tegner opp sirklene vil man f?r skj?ringspunkter, med mange nok sirkler vil dette gi oss et punkt der flere enn 2 sirkler skj?rer hverandre, og som da vil v?re v?r posisjon. Dette kalles for trilaterasjon og er det samme som GPS'er bruker for ? finne din posisjon.
Det siste vi n? mangler er en metode for ? finne hastigheten vi har, men hvordan vet vi hastigheten v?res dersom alt vi sammenlikner med visuelt ikke ser ut til ? bevege seg? Vi kan jo alltid finne posisjonen v?r mellom to ulike tidspunkter og bruke relasjonen mellom fart, strekning og tid til ? finne hastigheten, det er bare et lite problem med ? bruke denne metoden, som er at vi da vet hastigheten vi hadde. Vi vil vite hastigheten vi har i et gitt tidspunkt for om vi bare vet hva vi hadde s? ender vi opp med ? nesten m?tte gjette oss frem til hva hastigheten vi har egentlig er. Dette er ? skulle sp?rre om problemer p? lang sikt ettersom man trenger s? presis informasjon som mulig n?r man h?ndterer store avstander for ? ikke komme ut av kurs.
Heldigvis har vi blitt funnet 2 stasjon?re stjerner utenfor v?rt eget solsystem som vi vil m?le den mottatte b?lgelengden fra \(H_{\alpha}\), fra hydrogen, og sammenlikne det med b?lgelengden det ville ha gitt i et laboratorium, som vi vil kalle \(\lambda_0\). Forskjellen i b?lgelengdene vil si oss noe om hvordan vi beveger oss i forhold til stjernene, og effekten av at b?lgelengden endrer seg kalles for Doppler effekten.
Da har vi funnet ut av ulike m?ter ? finne hastigheten, orienteringen og posisjonen til raketten, da gjelder det bare ? sette alt dette sammen til en fungerende program eller algoritme som kan gj?re dette for oss.
Neste innlegg finner du her