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车讯|现代IONIQ混动3月入华 海外售价15.8万起

2019-05-24 21:24 来源:现代生活

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星际旅行靠什么导航

2019-05-24 04:15来源:光明网-《光明日报》
  从巡视列出的“问题清单”来看,上述8地区和单位均存在“四个意识”不够强的问题;6个巡视对象被指对上轮巡视整改不力;5个巡视对象贯彻习近平总书记系列重要讲话精神不够到位或不够坚决、不够及时。

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  【科技随笔】??

  作者:苟利军(中科院国家天文台研究员、光明网特约科学顾问)

  日前,我国首部科幻大片《流浪地球》持续创造票房纪录。因为它的精良制作,远远超出了观众对中国科幻电影的预期。不同于贺岁档的其他大片,这是一部包含了众多科学元素的烧脑大片,引发公众的热烈讨论。

  这部电影根据刘慈欣的同名小说所改编,讲述了太阳即将毁灭,联合政府决定将地球推离现有轨道来拯救人类的故事。此前,地球联合政府发射了一个空间站为地球逃离太阳系导航。

  这部电影里的很多情节让人非常好奇,比如为地球流浪领航的太空站如何导航。未来,人类进行更远的星际旅行时,还可能用到什么样的导航系统?

  要回答这些问题,先简单回顾一下日常生活中人类是如何导航的。

  一提到导航,人们很自然地就会想到手机里的各种导航软件。它们都是利用导航卫星来确定方位的。

  手机软件导航的工作原理简单来说是这样的:在地面之上约2万公里的空间,有几十个处于不同轨道的导航卫星。每时每刻,这些卫星都会发送特有的位置和时间信号,手机中的导航卫星信号接收器可以接收到4个不同导航卫星的信号,根据接收到的信号之间的差别,就可以算出手机所在的空间位置信息。

  理论上,导航卫星处于地面之上2万公里的高空,只要在低于卫星轨道的空间,都可以通过接收导航卫星的信号来导航。目前,在地球上空运行的国际空间站,离地面大约500公里,所以它的导航可以利用导航卫星。

  最早的导航卫星是美国发射的24颗铱星。后来,一些国家为了突破美国的技术限制,也发射了自己的导航卫星,组建了卫星导航系统,比如欧洲有伽利略导航系统,中国有北斗卫星导航系统。

  未来,如果人类有机会跨入到离地面2万公里外的深空,就需要全新的导航系统。

  空间导航的核心是在每一时刻,需要知道至少四个位置的参考源。根据众多观测结果,天文学家选用不同的稳定天体源,提出了几种可能的导航系统。

  一种就是最近几年谈得比较多的脉冲星导航。

  脉冲星就是我们极为熟悉的中子星,因为磁极方向能够产生射电或者X射线辐射,当转动轴和磁极不重合,而转动轴扫过地球的时候,就会产生人类所看到的脉冲,因此被称之为脉冲星。

  某一些脉冲星转动速度特别快,转动周期可以达到毫秒量级。这些脉冲星的转动稳定性非常好,可以比拟于地球上最好的原子钟,所以脉冲星也时常被称为宇宙间的原子钟。

  到目前为止,人类已经找到了几十个类似的脉冲星,分布在银河系内距离地球几百光年到几千光年的范围。如果人类可以接收到它们的信号,并且已知它们位置的话,可以利用这些脉冲星进行星际航行。

  最近,美国NASA的一些工程师就利用国际空间站上的一个名叫NICER的天文设备对此想法进行了验证。

  NICER的英文全称是Neutron-star?Interior?Composition?Explorer,中文意思是中子星内部组成探测器,这是安装在空间站上随空间站一起运动的探测设备,它的探测波段为X射线。

  这些来自于NASA的工程师就利用这个设备在2017年对四个已知不同方位上的毫秒脉冲星进行了监测,通过上面类似的方式来计算空间站的位置。结果发现,相比较导航卫星的厘米误差,这次实验所得到的误差为将近16公里。

  尽管如此,这次实验验证了脉冲星导航的可行性。

  还有一种很好的方法,就是利用恒星来导航。在2013发射的欧洲盖亚卫星(GAIA)就计划对银河系内的10颗恒星的位置、恒星特征、距离以及运动速度进行精确测量。

  目前,科学家已经得到了第一批结果,等到这个计划的最终目标实现之后,人类就会有一个很好的银河系内星图,可以利用它来进行导航。

  或许对于接下来的银河系内的旅行,脉冲星和恒星导航已经是绰绰有余,然而天文学家们想得更远,如果人类有机会迈出银河系,进入更远宇宙的时候,能用什么来导航呢?

  银河系内的脉冲星有一定的问题,因为它们也是处于运动当中,位置并非不变。如果星际旅行的时间很漫长,人类是否有更好的位置参考系统?

  有些天文学家就提出,或许可以以那些遥远的某些星系作为参考,这些被选出来的天体就是天文学中常说的活动星系核。

  这些天体是星系中心的超大质量黑洞所产生的喷流,因为辐射非常明亮,往往比星系本身的辐射还要强很多。因为中心体积非常小,从遥远的地方去看,就像一个小点很难分辨,以至于在这类天体发现的最早期,最明亮的那一类被称为“类星体”。

  尽管这类星系也在空间运动,然而因为这些天体至少距离地球几十亿光年之外,看起来几乎不动,相比较上面提到的脉冲星位置上要稳定很多。

  法国的天文学家Charlot和他的团队在20世纪90年代末的时候选取了一些最致密和最稳定的活动星系核,建立了一个被称之为国际天球参照系统。

  经过20余年的发展和不断更新,这个系统当中从最早的包含了212个源,到现在遍布整个天空的300多个。这个系统或许也能够成为人类以后进行宇宙旅行所使用的导航系统。

  现在,随着虚拟技术的发展,人们对现实的太空探索兴趣在减少。刘慈欣在2018年克拉克想象力贡献社会奖领奖时曾说:“说好的星辰大海,你却只给了我Facebook。”

  不过,未来无论是地球附近的太空旅行,还是更远的星际旅行,都需要人类的共同努力和推动。只有这样,当地球真的面临“流浪”危险的时候,人类才真正能够坦然相对。

  科幻电影《流浪地球》引发的热潮最终也会过去,但期望更多的中国人能够在这部科幻电影的引导之下,多一些仰望星空的情怀,关注地球的未来。笔者还希望,更多的公众关注和支持我国科学的发展,这是未来国家发展的动力。

  《光明日报》( 2019-05-24?16版)

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