千萬光年之遙,最穩定的天文時鐘 中國11月發射衛星試驗「脈衝星導航」

2016-10-09 12:52

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目前,已發現和編目的脈衝星達到2000多顆,其中約有160多顆脈衝星具有良好的X射線訊號周期穩定輻射特性,可以作為導航候選星。

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未來的時間可能是脈衝星時間

雖然前景振奮人心,脈衝星導航到底行不行?沒有人知道。「儘管上世紀七十年代就提出關於脈衝星導航的概念,但是基於現代衛星導航系統到達時間測距思想而提出的X射線脈衝星導航技術問題,也僅是近10年來的事。目前,X射線脈衝星導航技術研究處於關鍵技術研究與地面驗證階段,即將開展空間飛行試驗,實測驗證其可行性。」帥平說。

這一次,中國不再跟隨美歐的腳步,而要成為「第一個吃螃蟹的人」。「11月將擇機發射的世界上首顆脈衝星導航試驗衛星將搭載兩種類型的探測器載荷:一個是準直型微通道板探測器,探測面積為2400平方公分;另一個是聚焦型探測器,聚焦鏡頭口徑為17公分。」帥平說。

據他表示,這顆衛星有三個試驗目標:

第一,上天實測兩種不同類型的探測器性能,同時利用探測器研究宇宙的背景噪聲。背景噪聲就像沙子,而脈衝星訊號是他們要尋找的金子。要從沙子裡淘出金子來,瞭解背景噪聲是一項基礎性工作。

第二,探測蟹狀星雲脈衝星(Crab),解決中國研製的探測器「看得見」脈衝星的問題。早在1054年,宋朝的天文學家就首次觀測並記錄了蟹狀星雲脈衝星的超新星爆發,探尋祖先發現的這顆脈衝星,也將成為中國X射線脈衝星探測的歷史性跨越。同時,還計劃探測另外7顆脈衝星,包括4顆脈衝星雙星系統和3顆低流量的脈衝星,並開展相關拓展試驗。

第三,探測3顆低流量脈衝星。蟹狀星雲脈衝星的流量是每秒鐘每平方公分1.54個光子,但是低流量脈衝星每秒鐘每平方公分只有0.001個光子,探測難度更大,但是更有希望用於導航。這是因為低流量脈衝星大量存在,同時不會像蟹狀星雲脈衝星那樣因為周期躍變而導致穩定度下降。如果能探測到3顆低流量脈衝星,那麼就可以實測驗證脈衝星導航技術的可行性。

「接下來,我們打算通過5到10年的努力,探測26顆脈衝星,把它們的數據測得非常精準,建立脈衝星導航數據庫。」帥平說,這26顆脈衝星分佈在整個天球當中,距離地球都十分遙遠,從幾千到幾萬光年不等。

因為各項工作幾乎無先例可循,帥平帶領的研究團隊歷時10年的攻關研究,突破了探測器、數據庫、時間同步和大尺度導航等關鍵技術。

雖然還不知道結果會怎樣,帥平對未來卻充滿信心。「以脈衝星為基準的時間系統如果建成了,將是顛覆性的。也許不久的將來,我們的太空船可以長時間不需要人來照料,我們對表的時間將是脈衝星時間。」

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