宇宙航行如何定位？三颗脉冲星就够了
更新时间：2015-02-05 09:17:37 来源：天中人文网 阅读次数： 作者：黎雨
摘要：德国科学家指出，利用宇宙中三颗脉冲星发出的X射线可以进行精确的星际导航。
德国科学家指出，利用宇宙中三颗脉冲星发出的X射线可以进行精确的星际导航。
三位德国空间科学家已经找到了利用“脉冲星”在太阳系内进行导航的方法。正如他们在上传到预印本文库arXiv上的一篇论文中所指出的那样，该方法至少依赖三颗脉冲星才能完成三角位置定位。
目前对宇宙飞船进行导航的方法是，飞船向地球发回无线电信号，然后科学家根据信号到达的时间推算出距离进行定位，但这种方法不能得出飞船的角位移（angular position）。虽然就目前来讲这还不是一个大问题，但在未来随着空间飞行器的增多，必然会对太空导航精确度的要求增加。德国科学家提出的这种新方法，可以使飞船摆脱对地球的依赖，在宇宙中自主导航。
脉冲星是中子星的一种，自转速度非常快。因为它们在不停旋转，两极发出的电磁辐射像灯塔上的探照灯一样不停扫过地球，这也是脉冲星名称的由来。多年以来，科学家一直想利用它们作为导航的工具，但能够用来读取和解析脉冲星信号的仪器都过于笨重，无法放置在太空飞行器上。另一方面，还需对脉冲星进行更加深入的了解。德国科学家表示，这两个领域的知识都已经取得了重要进展，足以制造能够安放在太空飞行器上的脉冲星导航仪。
脉冲星发出的无线电辐射和X射线辐射都非常有用，两种信号周期的精度都非常高，可以媲美原子钟。科学家表示，如果太空飞行器利用波长为21厘米的脉冲星辐射，那么天线的接受面积就要达到150平方米！对于实际应用来讲还是太大。基于这个原因，他们建议使用脉冲星发出的X-射线信号进行导航。这样，在飞行器上安装一个用于聆听和破译脉冲星信号仪器的重量仅仅25千克，已经到达了非常实用的程度。
名词解释：脉冲星
脉冲星（Pulsar），又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为20千米左右，自转极快。
人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”。脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。
经过几位天文学家一年的努力，终于证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且，正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。
正如地球有磁场一样，恒星也有磁场；也正如地球在自转一样，恒星也都在自转着；还跟地球一样，恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样，每当恒星自转一周，它的磁场就会在空间划一个圆，而且可能扫过地球一次。
那么岂不是所有恒星都能发脉冲了？其实不然，要发出像脉冲星那样的射电信号，需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星，它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。
另一方面，当恒星体积越大、质量越大，它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.0014秒！要达到这个速度，连白矮星都不行。这同样说明，只有高速旋转的中子星，才可能扮演脉冲星的角色。
脉冲星的研究意义
由于脉冲星是在蹋缩的超新星的残骸中发现的，它们有助于我们了解星体蹋缩时发生了什么情况。还可通过对它们的研究揭示宇宙诞生和演变的奥秘。而且，随着时间的推移，脉冲星的行为方式也会发生多种多样的变化。
每颗脉冲星的周期并非恒定如一。我们能探测到的是中子星的旋转能（电磁辐射的来源）。每当脉冲星发射电磁辐射后，它就会失去一部分旋转能，且转速下降。通过月复一月，年复一年地测量它们的旋转周期，我们可以精确地推断出它们的转速降低了多少、在演变过程中能量损失了多少，甚至还能够推断出在因转速太低而无法发光之前，它们还能生存多长时间。
事实还证明，每颗脉冲星都有与众不同之处。有些亮度极高；有些会发生星震，顷刻间使转速陡增；有些在双星轨道上有伴星；还有数十颗脉冲星转速奇快（高达每秒钟一千次）。每次新发现都会带来一些新的、珍奇的资料，科学家可以利用这些资料帮助我们了解宇宙。
《天中人文网》
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