圖片來源：NASA
幾個世紀以來，水手們靠夜空中的星星或者燈塔在海上航行。但一旦人類過渡到在太空旅行和生活，這個等式就改變了。這就是為什麼國際空間站上的科學家們正在尋找一種用於深空旅行的GPS替代品。
根據美國宇航局的一份新的聲明，科學家們建議我們使用中子星——也就是超新星爆炸後恆星的殘骸——作為「宇宙燈塔」，而不是依賴衛星星座。
科學家和工程師們正在利用國際空間站開發基於脈衝的導航系統，利用這些宇宙燈塔，在美國宇航局的阿爾特彌斯(Artemis)計劃的月球之旅和未來的人類火星任務中，為導航提供幫助。
脈衝星，或快速旋轉的中子星，是恆星發生爆炸形成超新星後所遺留下來的密核。它們以明亮而狹窄的光束髮射出X射線光子，在恆星旋轉時像燈塔一樣掃視天空。從很遠的地方看，它們似乎在發出脈衝，因此得名脈衝星。
空間站外部的X射線望遠鏡，中子星內部成分探測器或NICER，收集並記錄來自天空中子星的X射線。軟體內置在NICER，名為SEXTANT，正在利用脈衝星的信標創建一個類似GPS的系統。這個概念，通常被稱為XNAV，可以提供整個太陽系和更遠的自主導航。
「GPS使用精確同步的信號。某些中子星的脈動非常穩定，從長遠來看，甚至與地面原子鐘一樣穩定，這使其有可能以類似的方式發揮作用。」 NASA馬裡蘭州格林貝爾戈達德太空飛行中心研究員盧克·溫特尼茲說。
脈衝的穩定性使得它們到達太陽系任何參考點的時間都能得到高度準確的預測。科學家們已經開發了詳細的模型，可以精確地預測脈衝什麼時候會到達，比如地球中心。對脈衝到達太空飛行器探測器的時間進行計時，並將其與預計到達參考點的時間進行比較，可以為導航提供遠超地球的信息。
「脈衝星提供的導航信息不會因為遠離地球而降低，因為脈衝星分布在銀河系中。」 SEXTANT小組成員、導航技術專家Munther Hassouneh說。
「它有效地將全球定位系統中的『G』從全球變成了銀河系。」團隊成員Jason Mitchell補充道，他是NASA太空通信和導航項目高級通信和導航技術部門的主管。「它可以在太陽系的任何地方工作，甚至可以在太陽系之外攜帶機器人或載人系統。」
脈衝星也可以在無線電波段觀測到，但與無線電波不同的是，X射線不會被空間中的物質所延遲。此外，X射線探測器可以比無線電天線更緊湊、更小巧。
但由於X射線脈衝非常微弱，所以系統必須足夠強大，才能收集到足夠導航的信號。NICER的大收集區域使它接近理想的XNAV研究。未來的XNAV系統可以更小，交易規模更長的收集時間。
「NICER尺寸大約是一臺洗衣機大小，但你可以大幅減少它的大小和體積。」 Mitchell說，「例如，把XNAV望遠鏡裝進一顆小衛星裡，讓它能獨立導航小行星帶，並描繪太陽系原始天體的特徵，這將是很有趣的。」
在2018年發表的一篇論文中，SEXTANT已經成功地在空間站上演示了實時脈衝導航。它還研究了利用脈衝星進行計時和時鐘同步，並幫助擴大脈衝星目錄，將其用作XNAV的參考點。
SEXTANT團隊目前正在研究XNAV在NASA Gateway平臺上的自主導航技術，以支持載人火星任務。如果太空人需要獨自返回地球，他們也可以用它來補充船上的導航能力。
「Gateway圍繞月球的軌道大約為6天半，這將使我們凝視脈衝星的時間更長。」 Mitchell說，「這就是貿易的來源;這個儀器就像一個桶，你在桶裡裝滿了足夠的X射線光子來測量脈衝到達的時間。你可以有一個比NICER小几分之一的探測器。」
這類實驗可以使引導宇宙飛船到達目的地的宇宙燈塔向現實又邁進了一步。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
本文來自： 前瞻網
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