脈沖星曾被當(dāng)做外星人發(fā)來的信號(hào)

　　最近，由英國(guó)一家網(wǎng)站報(bào)道的一則消息傳到了中國(guó)，并引發(fā)了熱議。據(jù)該新聞介紹，歐洲航天局(European Space Agency，ESA)正在委托英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室和英國(guó)萊斯特大學(xué)的科學(xué)家調(diào)查死亡的恒星塌縮演變成脈沖星后為太空航天設(shè)備提供宇宙行駛導(dǎo)航的可行性，從而取代傳統(tǒng)做法中用到的以“全球定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)的”太空航天器導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)這項(xiàng)理論得以驗(yàn)證可行后，將意味著未來的太空旅行活動(dòng)中，航天器的定位將不主要靠地面提供的定位技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航，很多工作都交給神秘的“脈沖星”來完成了。

　　大多數(shù)對(duì)天文學(xué)不甚了解的人們不知道何謂“脈沖星”，實(shí)際上，這種存在于宇宙間并不起眼的小星星，早在上世紀(jì)60年代就已被人發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，脈沖星的發(fā)現(xiàn)者——年僅24歲的劍橋大學(xué)女研究生喬絲琳·貝爾在一次偶然的機(jī)會(huì)通過射電望遠(yuǎn)鏡(與傳統(tǒng)接收可見光的望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)鏡是一種主要接收天體射電波段輻射的望遠(yuǎn)鏡)發(fā)現(xiàn)在接收過來的外太空信號(hào)當(dāng)中，有一些非常有規(guī)律的脈沖信號(hào)，這一下子引起了這位年輕女學(xué)生的高度警覺。恰逢那個(gè)年代里，外星人熱正在報(bào)紙上和輿論中討論得異常火熱，貝爾甚至大膽幻想，這是來自遙遠(yuǎn)外太空外星人發(fā)射的信號(hào)。因此，這種首度被發(fā)現(xiàn)的宇宙脈沖的信號(hào)也就被她稱為了“小綠人”信號(hào)。

　　脈沖信號(hào)可用作導(dǎo)航

　　在此之后，對(duì)這種脈沖信號(hào)的研究天文界就沒再停過，后來，陸陸續(xù)續(xù)地有更多脈沖信號(hào)被發(fā)現(xiàn)，最終，天文學(xué)家得出了一個(gè)結(jié)論，脈沖信號(hào)并非是外星人在搗鬼，它的始作俑者實(shí)際上是來自于一種天體所發(fā)射出來的信號(hào)，這個(gè)天體現(xiàn)在被稱為“中子星”。中子星是恒星演化后期的一個(gè)結(jié)果，它具有體積小、高密度、高質(zhì)量的特點(diǎn)。當(dāng)一顆中子星具有的高自轉(zhuǎn)速度達(dá)到發(fā)射脈沖信號(hào)的條件時(shí)，就可以稱之為“脈沖星”了。換言之，脈沖星是中子星的一個(gè)種類，是中子星但不一定是脈沖星，脈沖星則一定為中子星。

　　脈沖星發(fā)射出來的信號(hào)，就像海中的信號(hào)燈塔，燈塔的光總是在有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)，一明一滅，當(dāng)燈塔投射出的光線照射在船上一次時(shí)，就相當(dāng)于形成了一次脈沖信號(hào)。對(duì)于脈沖星來說，當(dāng)它每自轉(zhuǎn)一周，我們就接收到一次它輻射的電磁波，于是就形成一斷一續(xù)的脈沖。

　　在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，衛(wèi)星星座系統(tǒng)向地面發(fā)射時(shí)間信號(hào)、測(cè)距信號(hào)以及衛(wèi)星瞬時(shí)的坐標(biāo)位置信號(hào)等，地面的接受設(shè)備接收到這些信號(hào)從而獲取較為準(zhǔn)確的地理位置定位。脈沖星從原理上等同于那些在太空空間中運(yùn)行的衛(wèi)星，它發(fā)射出來的各種脈沖信號(hào)可以被人們所采集到，所以，這些遙遠(yuǎn)的脈沖星便在理論上充當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星的作用，針對(duì)脈沖星的這一特點(diǎn)，來自全球的天文學(xué)家、物理學(xué)家以及位置導(dǎo)航領(lǐng)域的學(xué)者都開始了對(duì)脈沖星的深入研究。至于以后對(duì)脈沖星的研究成果能夠引發(fā)的導(dǎo)航革命有多深遠(yuǎn)，本文還不能給出一個(gè)明確的結(jié)論，但有一點(diǎn)可以確定，隨著近地外太空可利用的空間資源逐漸減少以及太空垃圾的增多，利用遙遠(yuǎn)天體進(jìn)行地理與空間位置的定位既環(huán)保又節(jié)約能耗與資源，還能有效避免國(guó)際上因發(fā)射衛(wèi)星而引起的爭(zhēng)端，因此這必定將成為未來的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域和趨勢(shì)。

　　美國(guó)對(duì)于脈沖星的研究

　　美國(guó)對(duì)于脈沖星的導(dǎo)航定位應(yīng)用一直處于世界領(lǐng)先的地位，在幾十年的時(shí)間里一直未間斷對(duì)脈沖星的深入研究與實(shí)驗(yàn)。

　　自60年代發(fā)現(xiàn)脈沖信號(hào)以來，對(duì)脈沖星的研究過程就是漫長(zhǎng)而縝密的。1974年，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory)的一位博士首次提出了基于脈沖星的星際飛行航天器自主軌道確定方法，但是，由于當(dāng)時(shí)各方面條件和技術(shù)的限制，這一方法不能滿足航天器高精度自主導(dǎo)航的應(yīng)用需求，但是這一舉措?yún)s開創(chuàng)了脈沖星導(dǎo)航技術(shù)研究的先河。

　　7年后的1981年，在航天器上安裝接受脈沖信號(hào)的技術(shù)得到了一次突破，于是來自美國(guó)通信系統(tǒng)研究所的兩位學(xué)者提出利用脈沖星X射線源為航天器設(shè)計(jì)導(dǎo)航設(shè)備的構(gòu)想。由于X射線集中了脈沖星的絕大部分能量輻射，易于設(shè)備探測(cè)和信號(hào)處理，減少了弱信號(hào)積分時(shí)間，提高了脈沖到達(dá)時(shí)間測(cè)量分辨率，尤其是有利于設(shè)計(jì)小型化探測(cè)設(shè)備，探測(cè)器有效面積在1米2以下，這些都使其裝備在航天器上成為了可能。但是這些想法仍然只停留在理論階段。

　　到了1993年的時(shí)候，基于脈沖信號(hào)大部分是X射線的研究成果，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(United States Naval Research Laboratory，NRL)的又一位博士提出了利用X射線源測(cè)定航天器軌道和姿態(tài)以及進(jìn)行時(shí)間保持的綜合方法。這一方法最終在1999年的2月份得以實(shí)踐，一艘搭載X射線探測(cè)器的航天器進(jìn)入了太空，并在隨后的18個(gè)月內(nèi)進(jìn)行主要包括脈沖信號(hào)導(dǎo)航定位等領(lǐng)域的研究，導(dǎo)航精度有了大幅度的提高。

　　2004年美國(guó)又開始制定有關(guān)脈沖星X射線信號(hào)自主導(dǎo)航定位的新研究計(jì)劃，并在2005年增加這一計(jì)劃的資金投入。

　　應(yīng)用導(dǎo)航定位前景廣闊

　　美國(guó)對(duì)脈沖星的研究，多半希望用于航天器在宇宙空間中的定位，所以，為地球軌道航天器及深空探測(cè)器提供精確的導(dǎo)航信息是對(duì)脈沖星探索的一項(xiàng)重要課題。在國(guó)際上的其他國(guó)家以及在國(guó)內(nèi)，有研究結(jié)論表明，脈沖星對(duì)于導(dǎo)航定位的應(yīng)用前景還是非常廣闊的。

　　在軍事領(lǐng)域，脈沖星的戰(zhàn)略價(jià)值正在被軍事學(xué)家挖掘，目前已經(jīng)有一些理論上的設(shè)想用于軍事技術(shù)服務(wù)當(dāng)中。像遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的近地軌道飛行需要對(duì)其所在的行駛路線進(jìn)行跟蹤，對(duì)脈沖星發(fā)射出來的X射線的利用，能夠更加精確導(dǎo)彈的位置、速度、方向、姿態(tài)和時(shí)間等豐富的導(dǎo)航運(yùn)行信息，另一方面，有了脈沖星提供的信號(hào)定位，則可在一定程度上避免敵方的其他地面信號(hào)的擾亂，具有進(jìn)行第二次打擊的戰(zhàn)略意義。

　　在國(guó)內(nèi)，一些學(xué)者也發(fā)現(xiàn)脈沖星可為北斗等導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)提供輔助的精確導(dǎo)航定位及其它空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)。如在星座中的每一顆北斗衛(wèi)星身上安裝幾個(gè)用于接收脈沖星信號(hào)的X射線探測(cè)器，讓衛(wèi)星在軌道空間同時(shí)接收若干脈沖星發(fā)來的信號(hào)，則可對(duì)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的時(shí)間、距離、方位上的誤差給予修正，讓北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在各種領(lǐng)域的服務(wù)中提供精準(zhǔn)的授時(shí)和定位結(jié)果。

　　研究脈沖星意義深遠(yuǎn)

　　據(jù)天文學(xué)界估計(jì)，目前全球已發(fā)現(xiàn)脈沖星共計(jì)1600余顆，基本上遍布于天空的每一個(gè)細(xì)分的區(qū)域當(dāng)中，龐大數(shù)目已讓相關(guān)領(lǐng)域的各界看到了巨大的資源利用價(jià)值，作為源自天然的宇宙信號(hào)資源，脈沖星或?qū)⒊蔀樾l(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的新希望，在未來將有助于減少龐大衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，減少開發(fā)成本，長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上也給近地面軌道空間太空垃圾的增加帶來相當(dāng)?shù)木徑狻?/p>

　　衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)在2012年愈發(fā)引起大眾階層的廣泛關(guān)注，這是因?yàn)?ldquo;位置”正在與百姓的生活密切關(guān)聯(lián)，只要手里拿著一臺(tái)移動(dòng)設(shè)備，無論是走在哪兒，我們都會(huì)從自身所在的位置獲得價(jià)值信息?；蛟S有一天，不單單靠那些近地軌道面的導(dǎo)航衛(wèi)星，利用遙遠(yuǎn)的脈沖星發(fā)射到地球的信號(hào)就能輔助我們定位更加準(zhǔn)確。總而言之，脈沖星在導(dǎo)航領(lǐng)域中的地位不可小覷，有關(guān)它的研究還在不斷地深入。