如何以恒星對作為星系參考目標(biāo)幫助飛船導(dǎo)航

宇宙浩瀚無垠，如果人們希望在銀河系成功導(dǎo)航，必須需要某種可靠有效的導(dǎo)航系統(tǒng)，最新一項提議試圖使該方法盡可能簡單化——使用恒星對作為星系參考目標(biāo)。

在我們太陽系里，星際飛船依靠地球?qū)Ш较到y(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，當(dāng)我們向宇宙飛船發(fā)送無線電信號并獲得回復(fù)時，我們可以利用回復(fù)的時間延遲來計算星際距離。同時，我們也可以監(jiān)控太空中飛行狀態(tài)的航天器，通過結(jié)合所有信息（宇宙中的位置以及與地球保持的距離），我們可以確定航天器在太陽系中的位置，并將這些信息提供給航天器。

我們也可以利用多普勒頻移來評估宇宙飛船遠(yuǎn)離地球的速度，通過使用散布在地球上的碟形天線陣，可以測量航天器信號到達(dá)兩個碟形天線之間的時間差，當(dāng)我們將這些數(shù)據(jù)和位置信息結(jié)合起來時，就會產(chǎn)生航天器一個完整的六維信息——三維位置和三維速度。

該方法依賴于地基雷達(dá)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它們都與航天器保持通信，這項技術(shù)適用于太陽系內(nèi)的航天器，以及美國宇航局“旅行者號”探測器，但任何星際任務(wù)都需要一種新方法——它們必須實現(xiàn)自主導(dǎo)航，從原則上講，這些航天器可以使用機載導(dǎo)航系統(tǒng)，例如：時鐘系統(tǒng)和陀螺儀，但是星際任務(wù)至少要持續(xù)幾十年時間，機載系統(tǒng)的微小誤差和不確定性無疑會導(dǎo)致航天器偏離軌道。

還有一種選擇是利用脈沖星，脈沖星是一種旋轉(zhuǎn)的天體，會定期閃爍或者脈動，由于每顆脈沖星都有獨特的自轉(zhuǎn)周期，這些天體可以作為深空任務(wù)的可靠指向標(biāo)。該方法僅適用于太陽系附近的一個相對較小的氣泡區(qū)域，因為對自轉(zhuǎn)周期的測量可能會受到星際塵埃的污染，一旦無法分辨脈沖星的位置，就會在太空中迷失方向。

恒星對作為參考目標(biāo)

因此星際飛船需要一種簡單可靠的方法來估算它們在星系中的位置，日前一篇論文提出一個解決方案——恒星自身。

該技術(shù)基于一個較早的概念——視差，如果你把手指放在鼻子前面，交替閉上眼睛，就會看到你的手指出現(xiàn)擺動，當(dāng)你從一只眼睛切換至另一只眼睛時，它的明顯位置變化來自新的視角。如果以相同的方法觀測遙遠(yuǎn)天體，該天體出現(xiàn)的擺動幅度就很小。

正是通過視差方法，科學(xué)家們首次能測量到恒星距離，通過視差方法，能夠確定航天器遠(yuǎn)離地球家園的位置。在航天器發(fā)射之前，我們對航天器裝載了一份精準(zhǔn)的恒星地圖，可提供銀河系附近已知所有恒星的位置。然后，當(dāng)航天器加速離開太陽系時，會測量多對恒星之間的相對距離。伴隨著航天器的飛行，距離航天器較近的恒星似乎處于明顯移動狀態(tài)，而距離較遠(yuǎn)的恒星則相對固定不動。

通過測量多對恒星，并將測量結(jié)果與原始的地球目錄信息進(jìn)行比較，該航天器可以計算出恒星的具體位置，以及航天器與這些恒星保持的距離，從而為航天器提供銀河系內(nèi)精準(zhǔn)的3D位置。

相對效應(yīng)

測量宇宙飛船的飛行速度確實有些棘手，它依賴于一種奇特的狹義相對論，由于光速的有限性，如果宇宙飛船飛行得足夠快，天體就可能出現(xiàn)在不同位置，而不是真實位置。具體而言，某個天體的位置會在你運動的方向上被改變，這種效應(yīng)被稱為“畸變”，并且從地球上可以觀測到，伴隨著地球環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)，太陽似乎在天空中輕微擺動。

只要宇宙飛船的飛行速度足夠快（如果我們希望星際任務(wù)持續(xù)幾十年，而不是幾千年，宇宙飛船就必須達(dá)到一定的飛行速度），機載系統(tǒng)能夠測量這種畸變效應(yīng)，通過記錄哪些恒星偏離了預(yù)期位置以及偏離程度，該飛船就能計算出自己的3D速度。

通過視差測量，宇宙飛船能在銀河系內(nèi)恢復(fù)自己完整的六維坐標(biāo)，知道自己在什么位置，并且將抵達(dá)什么位置。

這項技術(shù)的精確度如何呢？依據(jù)最新研究報告，如果宇宙飛船能夠測量20顆恒星的位置，且誤差不超過1角秒（1角秒是1角分的1/60，而1角分是1度的1/60），那么該飛船就能確定自己在星系中的位置，距離精確度可達(dá)±3個天文單位，速度精確度可達(dá)±2公里/秒。一個天文單位是地球與太陽的平均距離，大概1.5億公里，因此誤差3個天文單位，就相當(dāng)于誤差4.5億公里，雖然這對于人類而言是很遙遠(yuǎn)的距離，但與恒星之間相隔數(shù)千個天文單位相比，這種誤差是微不足道的。

目前，天文學(xué)家現(xiàn)已測量到20多顆恒星的精確位置，因此我們可以對宇宙飛船載入數(shù)億顆恒星信息目錄，便于太空航行使用。宇宙飛船可以測量的每個天體都將有助于更加精準(zhǔn)地確定其具體位置，但當(dāng)前我們最需要的是一艘可以持續(xù)執(zhí)行太空任務(wù)的星際飛船。6F505F06-2614-4C03-99C8-ABEB5ECC6F21