「一個工程師團隊藉助中子星穩定頻閃研發了一項太空定位系統,有望在2024年登月計劃中使用。這個新型導航系統還可能為未來的太空旅行者引路到月球與火星。」
由於數百萬天體的干擾和一條「星系之路」的缺乏,在浩瀚的宇宙中找到方向是一項極具挑戰性的任務。然而,美國國家航空航天局(NASA)正在研究一個全新的導航系統,為未來的太空旅行者引路到遙遠的目的地,比如月球與火星。這個「星系」定位系統,而非「全球」定位系統(GPS),將藉助脈衝星的亮光作為嚮導。
脈衝星是快速旋轉的中子星,由恆星演化和超新星爆發而產生。脈衝星以明亮、狹窄的光束輻射電磁波。隨著脈衝星的自轉,電磁波以圓周運動的方式掃過整個宇宙。從遠距離看,每當脈衝星自轉一周,我們就接收到一次它輻射的電磁波,於是我們就觀察到了一斷一續的脈衝。因此,脈衝星也被稱作「宇宙燈塔」。
工程師團隊正在研究如何利用這些脈衝星作為燈塔。他們決定使用國際空間站外部的X光望遠鏡來實現,這個望遠鏡大小跟洗衣機差不多。中子星內部成分探測器(NICER)作為國際空間站上的望遠鏡,收集並記錄了整片天空的中子星亮光。NICER配備了一個稱作SEXTANT的軟體,它使用中子星發出的信標創建一個類似GPS的系統。
「一些中子星的脈衝非常穩定。長期來看,有一些甚至跟地面原子鐘一樣穩定。這種穩定性使它們能夠發揮像脈衝星一樣的作用。」 因為這些脈衝非常穩定,所以它們是可以預測的。因此,科學家們能預測光的信標何時到達太陽系的某個區域。通過測量它們到達宇宙飛船上探測器的時間,並將其與到達太陽系中參考點的時間進行比較,工程師團隊能夠基於對中子星光束的預測為宇宙飛船的太空航行導航。
傑森·米切爾(美國NASA太空通信與導航計劃高級通信與導航技術部主管)聲明:「該導航系統在太陽系任意地點都適用,並且能幫助人類將機器人和載人飛船帶到太陽系之外。」該團隊希望使用這種新的導航系統引領阿耳忒彌斯計劃到月球,目前計劃於2024年推出。GPS系統將作為返回地球的太空人的輔助機載導航。
「深空門戶空間站將繞月球運行約六天半,因此我們需要長時間觀察脈衝星。」 米切爾說,「這就是我們需要權衡的問題。這個儀器就像一個水桶,我們在『水桶』里填滿了X射線光子,以測量脈衝何時到達。而關鍵的是,這個探測器可能只占NICER的一小部分。」