脉冲星是快速旋转并发射无线电波的中子星。旋转时无线电波束周期性地扫过地球所在的位置,所以我们才会觉得它们在发射脉冲。它们的自转周期惊人地有规律,一些脉冲星的精度甚至可媲美原子钟。
在脉冲星被发现后不久,天文学家和科幻作家们就开始思考将其作为天文导航信标,从而帮助星际旅行者找到归途的可能性,这种设想和现在的GPS系统很相似。
想法很简单,但技术障碍却是巨大的。对于绝大多数天体的运行速度来说,相对论显得十分重要,并极大地增加了计算的复杂性。不过,原则上并没有什么理由可以说明对脉冲星的这种使用方法不可行。
今天,玛提奥·鲁杰罗(Matteo Ruggiero)和他在意大利他都灵理工大学(Politecnico di Torino)的伙伴们为我们演示了这种系统的运作方式——计算地球表面上一个点在时空中相对于四颗脉冲星的运动轨迹。这种运动就是地球自转和地球绕太阳公转的合成。
他们选择的这个点是澳大利亚的帕克斯天文台(Parkes Observatory),其射电天文望远镜曾助力阿波罗系列火箭登月过程,并因为电影《天线》(The Dish)的上映而闻名遐迩。
在某种意义上,帕克斯天文台是一个理想的选择,因为它可以很容易地接收到脉冲星的信号;但另一方面,选择帕克斯作为这个点又显得很武断,因为它一次只能观察一颗脉冲星,而计划则需要至少四颗脉冲星才能解决问题。
幸运的是,一个被称作TEMPO2的软件包很容易就帮助科学家们摆脱了这个限制。这个软件包可以模拟地球上任意一点处所接收到的脉冲星信号。鲁杰罗和他的同事们用它模拟出了帕克斯天文台会接收到的为期3天的信号,这样他们就可以同时监视四个脉冲星的信号了。
这种模拟是在数学上是比较简单的,因为脉冲星可以被看作是一个固定不动的电台,其发射频率是恒定的。
鲁杰罗将这一结果与根据星历表(对天空中各种天体位置的纪录)计算的另一个地球运动轨迹的结果进行了比较。
两个结果都被标绘在了上图之中,而且在这个范围内两者很好地吻合在了一起。事实上,鲁杰罗和他的同事们表示,限制因素就是他们所使用的记录脉冲星信号的计时器的精度。“这一初步结果显示了使用脉冲资源在一个相对的坐标系中进行定位的可能性。”
当然,这并不表示我们可以很快地用上星际版的GPS系统。但这一实验确实显示了这一技术的潜力,例如,在星际旅行中的应用,也许我们可以使用星际飞船上的人工的“脉冲星”作为信标来帮助定位。
GPS为银河系漫游指南
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