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第6章 宇宙中判断方向与坐标(2/2)

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坐标系的中心,即“原点”是宇宙船本身.

坐标系按宇宙船的正前方、正后方、正左方、正右方、正上方、正下方分为6个区域(Sector),每个区域是以原点为定点的正四棱锥体(即金字塔形).

宇宙船的前进方向正对着正前方区域正四棱锥体的正方形底面的中心.

各个区域以颜色分辨.

正前方区域-----SectorGreen(绿)

正后方区域-----SectorBlue(蓝)

正上方区域-----SectorIndigo(靛蓝)

正下方区域-----SectorRed(红)

正左方区域-----SectorYellow(黄)

正右方区域-----SectorOrange(橙)

6个区域的4分割

将每个区域正四棱锥体的正方形底面划分为4个相同大小的正方形.以这些小正方形为底面,原点为顶点,各作一个小四棱锥体,将正四棱锥体分成4个小四棱锥体状的小区.

分成的4个小区,从左上角的小四棱锥体开始顺时针依次命名为A、B、C、D.

一般情况下,为了方便靠听觉辨认,会以下面的单词代替所说的区.

A--------------------Alpha

B--------------------Bravo

C--------------------Charley

D--------------------Delta

正四棱锥体正方形中心---ZeroSector

同样,在宇宙中也可以用脉冲星作为客观的定位点。

德国科学家指出,利用宇宙中三颗脉冲星发出的X射线可以进行精确的星际导航。

三位德国空间科学家已经找到了利用“脉冲星”在太阳系内进行导航的方法。正如他们在上传到预印本文库arXiv上的一篇论文中所指出的那样,该方法至少依赖三颗脉冲星才能完成三角位置定位。

目前对宇宙飞船进行导航的方法是,飞船向地球发回无线电信号,然后科学家根据信号到达的时间推算出距离进行定位,但这种方法不能得出飞船的角位移(angularposition)。虽然就目前来讲这还不是一个大问题,但在未来随着空间飞行器的增多,必然会对太空导航精确度的要求增加。德国科学家提出的这种新方法,可以使飞船摆脱对地球的依赖,在宇宙中自主导航。

脉冲星是中子星的一种,自转速度非常快。因为它们在不停旋转,两极发出的电磁辐射像灯塔上的探照灯一样不停扫过地球,这也是脉冲星名称的由来。多年以来,科学家一直想利用它们作为导航的工具,但能够用来读取和解析脉冲星信号的仪器都过于笨重,无法放置在太空飞行器上。另一方面,还需对脉冲星进行更加深入的了解。德国科学家表示,这两个领域的知识都已经取得了重要进展,足以制造能够安放在太空飞行器上的脉冲星导航仪。

脉冲星发出的无线电辐射和X射线辐射都非常有用,两种信号周期的精度都非常高,可以媲美原子钟。科学家表示,如果太空飞行器利用波长为21厘米的脉冲星辐射,那么天线的接受面积就要达到150平方米!对于实际应用来讲还是太大。基于这个原因,他们建议使用脉冲星发出的X-射线信号进行导航。这样,在飞行器上安装一个用于聆听和破译脉冲星信号仪器的重量仅仅25千克,已经到达了非常实用的程度。

名词解释:脉冲星

脉冲星(Pulsar),又称波霎,是中子星的一种,为会周期性发射脉冲信号的星体,直径大多为20千米左右,自转极快。

人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长,人们也根本觉察不到。然而,并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现,有些恒星也很“调皮”,变化多端。于是,就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字,叫“变星”。脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。

经过几位天文学家一年的努力,终于证实,脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且,正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。

正如地球有磁场一样,恒星也有磁场;也正如地球在自转一样,恒星也都在自转着;还跟地球一样,恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样,每当恒星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,而且可能扫过地球一次。

那么岂不是所有恒星都能发脉冲了?其实不然,要发出像脉冲星那样的射电信号,需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星,它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。

另一方面,当恒星体积越大、质量越大,它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.0014秒!要达到这个速度,连白矮星都不行。这同样说明,只有高速旋转的中子星,才可能扮演脉冲星的角色。

脉冲星的研究意义

由于脉冲星是在蹋缩的超新星的残骸中发现的,它们有助于我们了解星体蹋缩时发生了什么情况。还可通过对它们的研究揭示宇宙诞生和演变的奥秘。而且,随着时间的推移,脉冲星的行为方式也会发生多种多样的变化。

每颗脉冲星的周期并非恒定如一。我们能探测到的是中子星的旋转能(电磁辐射的来源)。每当脉冲星发射电磁辐射后,它就会失去一部分旋转能,且转速下降。通过月复一月,年复一年地测量它们的旋转周期,我们可以精确地推断出它们的转速降低了多少、在演变过程中能量损失了多少,甚至还能够推断出在因转速太低而无法发光之前,它们还能生存多长时间。

事实还证明,每颗脉冲星都有与众不同之处。有些亮度极高;有些会发生星震,顷刻间使转速陡增;有些在双星轨道上有伴星;还有数十颗脉冲星转速奇快(高达每秒钟一千次)。每次新发现都会带来一些新的、珍奇的资料,科学家可以利用这些资料帮助我们了解宇宙

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