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科学天文学家将利用中子星作为“宇宙灯塔”


简介：一个工程师小组制造了一种借助空间中中子星稳定频闪的太空定位系统 ， 有望在2024年登月计划中使用 。
「一个工程师团队借助中子星稳定频闪研发了一项太空定位系统 ， 有望在2024年登月计划中使用 。 这个新型导航系统还可能为未来的太空旅行者引路到月球与火星 。 」
科学天文学家将利用中子星作为“宇宙灯塔”
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（图解：迄今为止发现的最明亮的脉冲星；图源：MIT)
由于数百万天体的干扰和一条“星系之路”的缺乏 ， 在浩瀚的宇宙中找到方向是一项极具挑战性的任务 。 然而 ， 美国国家航空航天局（NASA）正在研究一个全新的导航系统 ， 为未来的太空旅行者引路到遥远的目的地 ， 比如月球与火星 。 这个“星系”定位系统 ， 而非“全球”定位系统（GPS） ， 将借助脉冲星的亮光作为向导 。
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（图解：在浩瀚的宇宙中很容易迷失方向；图解：Wikipedia）
脉冲星是快速旋转的中子星 ， 由恒星演化和超新星爆发而产生 。 脉冲星以明亮、狭窄的光束辐射电磁波 。 随着脉冲星的自转 ， 电磁波以圆周运动的方式扫过整个宇宙 。 从远距离看 ， 每当脉冲星自转一周 ， 我们就接收到一次它辐射的电磁波 ， 于是我们就观察到了一断一续的脉冲 。 因此 ， 脉冲星也被称作“宇宙灯塔” 。
科学天文学家将利用中子星作为“宇宙灯塔”
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（图解：脉冲星辐射的电磁波起着“宇宙灯塔”的作用；图源：NASA）
工程师团队正在研究如何利用这些脉冲星作为灯塔 。 他们决定使用国际空间站外部的X光望远镜来实现 ， 这个望远镜大小跟洗衣机差不多 。 中子星内部成分探测器（NICER）作为国际空间站上的望远镜 ， 收集并记录了整片天空的中子星亮光 。 NICER配备了一个称作SEXTANT的软件 ， 它使用中子星发出的信标创建一个类似GPS的系统 。
科学天文学家将利用中子星作为“宇宙灯塔”
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【科学天文学家将利用中子星作为“宇宙灯塔”】
（图解：中子星内部成分探测器（NICER）让我们在太空中不迷失方向；图源：NASA）
“一些中子星的脉冲非常稳定 。 长期来看 ， 有一些甚至跟地面原子钟一样稳定 。 这种稳定性使它们能够发挥像脉冲星一样的作用 。 ” 因为这些脉冲非常稳定 ， 所以它们是可以预测的 。 因此 ， 科学家们能预测光的信标何时到达太阳系的某个区域 。 通过测量它们到达宇宙飞船上探测器的时间 ， 并将其与到达太阳系中参考点的时间进行比较 ， 工程师团队能够基于对中子星光束的预测为宇宙飞船的太空航行导航 。
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（图解：一些中子星的脉冲非常稳定；图源：ualberta)
杰森·米切尔（美国国家航空航天局太空通信与导航计划高级通信与导航技术部主管)声明：“该导航系统在太阳系任意地点都适用 ， 并且能帮助人类将机器人和载人飞船带到太阳系之外 。 ”该团队希望使用这种新的导航系统引领阿耳忒弥斯计划到月球 ， 目前计划于2024年推出 。 GPS系统将作为返回地球的宇航员的辅助机载导航 。 “深空门户空间站将绕月球运行约六天半 ， 因此我们需要长时间观察脉冲星 。 ” 米切尔说 ， “这就是我们需要权衡的问题 。 这个仪器就像一个水桶 ， 我们在‘水桶’里填满了X射线光子 ， 以测量脉冲何时到达 。 而关键的是 ， 这个探测器可能只占NICER的一小部分 。 ”


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