利用X射線進行導航，他們是如何實現的？
2020-07-10 天文在線簡介：NASA發明一種新型自主空間導航系統（X射線計時和導航技術站探測器SEXTANT），利用脈衝星的電離輻射在X射線中最為明顯而用於觀測毫秒脈衝星。該技術在未來有望發展成深空艦船的導航系統且協助完成火星計劃。
美國國家航空航天局(NASA)發明了一種新型的自主空間導航，通過使用脈衝星作為嚮導星，可以看到人造太空飛行器飛向太陽系的遠處，甚至更遠。
這種導航系統被稱為X射線定時和導航技術探測站，或者也可以稱為「六分儀」(這是以18世紀的航海導航儀器命名的)，它使用X射線技術來觀測毫秒脈衝星，就像GPS使用衛星一樣。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的六分儀項目經理傑森·米切爾（Jason Mitchell）說：「這次演示是未來深空探索的一個突破。」
「作為第一個在太空中演示完全自主、實時的X射線導航，我們現在走在了前列。」
脈衝星是高度磁化、快速旋轉的中子星，它是大質量恆星的核心坍塌並爆炸的結果。
當這些脈衝星旋轉時，它們會發出電磁輻射。如果觀察者處於正確的位置，它們看起來就像一束橫掃的光束，宛若宇宙中的燈塔一般。
它們也是非常規則的——就某些毫秒脈衝星而言，它們每秒可以自轉數百次，可以與原子鐘相媲美。
這就是六分儀項目背後的思路。這些脈衝星非常規則，而且它們在宇宙中的位置是固定的，所以可以將它們像全球定位系統使用原子鐘一樣利用。
「六分儀」的工作原理就像一個GPS接收器，可以從至少三顆GPS衛星獲取信號，而且這三顆衛星都配備了原子鐘。接收器測量來自每顆衛星的時間延遲，並將其轉換為空間坐標。
脈衝星發出的電磁輻射在X射線光譜中最為明顯，這就是為什麼NASA的工程師選擇在六分儀項目中使用X射線探測。
為此，他們使用了附屬於國際空間站的天文臺。在這個只有洗衣機大小的天文臺上有著這樣一臺機器，它被稱為中子星內部成分探測器，或NICER（Neutron-star Interior Composition Explorer），其包含52個X射線望遠鏡和矽漂移探測器，用於研究包括脈衝星在內的中子星。
這樣，工程師們更好地鎖定了四顆脈衝星，分別是J0218+4232、B1821-24、J0030+0451和J0437-4715，這四顆脈衝星非常精確，工程師們可以在未來幾年準確地預測它們的脈衝。
在兩天多的時間裡，NICER對這些脈衝星進行了78次測量，並將數據送入「六分儀」。然後，「六分儀」利用這些測量值計算出NICER衛星在國際空間站繞地球軌道上的位置，並與GPS數據進行比較，目的是在半徑10英裡(16公裡)的範圍內定位NICER衛星。在8個小時內，系統就已計算出NICER的位置，並且在接下來的實驗中保持在10英裡的門檻以下。
「這比我們分配給實驗的兩周時間要快得多，」六分儀系統架構師盧克·溫特尼茨（Luke Winteritz）說，「跡象表明我們的系統將會工作，但周末的實驗才最終證明了該系統自主工作的能力。」
這項技術可能需要幾年的時間才能開發成適用於深空飛船的導航系統，但這個概念已經得到了驗證。
現在，團隊正在擼起袖子對系統進行完善。他們將更新並微調軟體，為2018年下半年的另一次實驗做準備。他們還希望降低硬體的尺寸、重量和功耗要求。
最終，「六分儀」可以用來計算遠離地球GPS衛星範圍的行星衛星的位置，並幫助人類執行航天任務，比如航天局計劃的火星任務。
項目經理米切爾說：「這次成功的演示堅定地確立了X射線脈衝星導航作為一種新的自主導航能力的可行性。」
「我們已經證明，這項技術的成熟版本可以加強太陽系內外任何地方的深空探索。」
作者: physics-astronomy
FY: 羅導
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