一項NASA實驗從其位於國際空間站上的位置表明，未來的任務可能如何在深空中導航。航天器可以利用來自遙遠死亡恆星的類似時鐘的訊號，以類似於天體全球定位系統（GPS）的方式三角定位其位置。
去年11月，中子星內部成分探測器（NICER）花了一天半的時間觀察了一些脈衝星——快速旋轉的恆星殘骸，它們在旋轉時會發出強大的輻射束。透過測量脈衝到達時間的微小變化，NICER能夠將其位置精確定位在5公里以內。
這是在太空中首次演示長期以來尋求的脈衝星導航技術。有一天，這種方法可以幫助航天器在沒有地球定期指令的情況下自行導航。
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“我們認為這是一件大事，”NASA戈達德太空飛行中心（位於馬里蘭州格林貝爾特）的天體物理學家兼任務首席研究員基思·根德雷奧說。“這是將我們的一些天體物理學應用於包括進入外太陽系及更遠區域的探索目標的好方法。”
根德雷奧於1月11日在馬里蘭州國家港口舉行的美國天文學會會議上報告了這些發現。
英國萊斯特大學太空研究中心的經理約翰·派伊說，NICER的工作是對真實飛行條件下脈衝星導航的有用測試，他曾研究過這個想法。
恆星信標
脈衝星是爆炸恆星旋轉的、超高密度的殘餘物。有些脈衝星每千分之幾秒就會發出輻射爆發。幾十年來，航空航天工程師一直夢想著使用這些持續重複的訊號進行導航，就像他們使用衛星上原子鐘的規則滴答聲進行GPS導航一樣。
在1999-2000年，美國海軍研究實驗室進行了一項衛星實驗，表明從理論上講，航天器可以使用脈衝星來確定自身方向。歐洲航天局近年來也探索了這個概念，研究人員計算出，即使航天器飛行距離地球比地球距離太陽遠30倍，它也可以使用脈衝星將自身定位在誤差2公里以內。
2016年11月，中國發射了一顆名為XPNAV-1的實驗性脈衝星導航衛星。它研究了位於金牛座，距離2000秒差距（6500光年）的蟹狀星雲脈衝星，作為早期測試，以驗證它是否可以鎖定X射線訊號。
NICER於2017年6月安裝在空間站上。它的主要工作是測量脈衝星的大小，以更好地瞭解構成它們的超高密度物質。脈衝星導航實驗，被稱為空間站X射線定時和導航技術探索器（SEXTANT），是一個額外的好處。
SEXTANT定時了來自五個脈衝星的X射線閃光，其中一個是已知最接近和最亮的毫秒脈衝星。該任務觀察了每個信標約5-15分鐘，然後自主旋轉以觀察下一個。透過測量實驗繞地球執行時訊號到達時間的微小變化，NICER可以獨立計算其在太空中的自身位置。
自由漫遊
如果沒有脈衝星導航，航天器必須定期與地球通訊以確認其位置。但是，這種通訊——透過NASA的深空網路等系統（一組巨大的衛星天線）——既耗時又昂貴，而且探測器離地球越遠就越困難。根德雷奧說，脈衝星導航可能非常適用於外太陽系中的航天器，因為它可以讓探測器自由地完成許多與導航相關的任務，而無需等待指令。
NICER團隊的天體物理學家扎文·阿茲魯馬尼安說，這項技術還可以對航天器的傳統導航系統的執行狀況提供獨立的檢查。NASA資助了這項測試，以檢視當其計劃中的“獵戶座”載人艙在2020年代的某個時候將宇航員送入近地軌道以外的區域時，脈衝星是否可以用作備用導航方法。
根德雷奧說，NICER在其研究中使用了52個小型X射線望遠鏡，但單個這樣的望遠鏡可能就足以勝任這項工作。該儀器可能只有5公斤重，使其相對便宜地新增到太空任務中，因為質量越大意味著發射所需的資金越多。
該團隊計劃在未來幾個月內重複這項實驗，希望將誤差範圍縮小到一公里或更小。
根德雷奧指出，NASA“旅行者”號宇宙飛船上著名的“金色唱片”攜帶了一張地圖，該地圖精確地標出了太陽系相對於14顆脈衝星的位置。如果外星文明找到這張唱片，他們就可以用它來定位地球。“小時候，我聽卡爾·薩根談論過金色唱片，”根德雷奧說。“現在我們實際上正在做這件事。”
本文經許可轉載，並於2017年1月11日首次發表。