文/王依兵 圖/麥芽哈哈

期中考試終于結(jié)束了，同學(xué)們歡快地走出教室。壯壯、小菲和小天如約來(lái)到了實(shí)驗(yàn)樓一層最里面的神奇小屋門口。今天的氣氛輕松了很多。小菲問(wèn)壯壯：“數(shù)學(xué)考試最后一道題的答案是什么？”“我寫的5，你呢？”“我也是?！毙√焱蝗缓暗溃骸盀槭裁次宜愕氖?0 呢？”小菲白了他一眼說(shuō)：“說(shuō)明你算錯(cuò)了唄。”“??？不是吧！真理總是掌握在少數(shù)人的手里……”小天說(shuō)完這話，自己都感覺(jué)沒(méi)底氣。

“看！新的謎題！”壯壯打斷了小天。小菲和小天都把目光集中到墻壁上。只見(jiàn)墻上出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的圖形……

9個(gè)正方形？

小天說(shuō)：“這是20 根鉛筆嗎？”

小菲說(shuō)：“對(duì)，它們組成了5 個(gè)一樣大的正方形。”

壯壯疑惑地問(wèn)：“那么要我們做些什么呢？”

小天走過(guò)去用手胡亂地點(diǎn)了點(diǎn)，突然興奮地喊道：“整塊墻壁都是觸屏！”

小菲和壯壯跑過(guò)來(lái)看著小天的操作，果然，墻上投射出的鉛筆圖形可以隨著小天的手指移動(dòng)。

這時(shí)一個(gè)聲音傳來(lái)：“請(qǐng)你們移動(dòng)3 根鉛筆，獲得9 個(gè)正方形?！?/p>

小天說(shuō)：“這不是大兵老師的聲音嗎？”

小菲說(shuō)：“對(duì)，一定是他事先錄好的音頻。可是，這個(gè)怎么移才能得到9 個(gè)正方形呢？”

小天又開(kāi)始一通亂點(diǎn)，但沒(méi)有成功。過(guò)了一會(huì)兒，被移亂的鉛筆又自動(dòng)恢復(fù)到了最初的位置。

壯壯說(shuō)：“我最擅長(zhǎng)解決這種問(wèn)題啦，交給我吧?！?/p>

說(shuō)完，他略加思索，就走上前去操作起來(lái)。只見(jiàn)他不慌不忙地用手指拖動(dòng)一根鉛筆，到一個(gè)新的位置后松開(kāi)手指，然后又拖動(dòng)第二根，當(dāng)?shù)谌U筆被拖動(dòng)到正確位置后，屏幕上出現(xiàn)了“成功”兩個(gè)字。

小菲和小天都鼓起掌來(lái)。

宇宙“燈塔”——脈沖星

三人再一次順利進(jìn)入了神奇小屋。大兵老師已經(jīng)等候多時(shí)了，他說(shuō)：“考完試了吧，考得怎么樣？”

小天開(kāi)心地說(shuō)：“還可以吧?！?/p>

小菲對(duì)小天說(shuō)：“你忘了數(shù)學(xué)考試做錯(cuò)題了吧？”

小天不滿地嘟囔：“那可不一定，也許是你們做錯(cuò)了呢?！?/p>

壯壯問(wèn)大兵老師：“我們今天要學(xué)習(xí)什么內(nèi)容呢？”

大兵老師回答：“前兩次我們學(xué)習(xí)了航天器的一些導(dǎo)航與控制方法。但是如果航天器飛離地球，飛向更遠(yuǎn)的深空，就需要新的方式來(lái)定位和導(dǎo)航了。所以，我們今天就來(lái)了解一種深空導(dǎo)航的神奇方法——脈沖星導(dǎo)航?！?/p>

小天問(wèn)道：“脈沖星是什么？”

還沒(méi)等大兵老師說(shuō)話，壯壯就搶答道：“我在一本天文書(shū)上看過(guò)，脈沖星是一種特殊的中子星?！?/p>

“那中子星又是什么呢？”小天繼續(xù)追問(wèn)。

“這……”壯壯也答不上來(lái)了。

小菲猜測(cè)說(shuō)：“我猜中子星應(yīng)該是由中子組成的星吧？”

大兵老師說(shuō)：“猜得有道理。中子星是較大質(zhì)量的恒星在生命周期的末期發(fā)生超新星爆發(fā)后形成的一種非常致密的天體。在巨大的壓力下，恒星內(nèi)部的物質(zhì)都被壓縮得非常致密，原子核中的質(zhì)子和外圍的電子被壓到一起結(jié)合成中子。這種天體的密度非常大，如果把我們的地球壓縮成同中子星的密度，那么它的直徑只有200 多米?！?/p>

壯壯問(wèn)：“那太陽(yáng)最后會(huì)變成一顆中子星嗎？”

大兵老師說(shuō)：“不會(huì)，一般質(zhì)量是太陽(yáng)8 倍以上、20 倍以下的恒星最終才可能形成中子星，更大質(zhì)量的恒星最后會(huì)變成黑洞，而更小質(zhì)量的像太陽(yáng)這樣的恒星根本就不會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，它們最后只會(huì)變成白矮星?！?/p>

壯壯說(shuō)：“這我有點(diǎn)兒聽(tīng)不懂了?！?/p>

大兵老師說(shuō)：“沒(méi)關(guān)系，這些天文知識(shí)大家可以慢慢了解，今天我們的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是脈沖星。脈沖星其實(shí)就是中子星里的一類特殊星體，它不斷向兩個(gè)相反方向發(fā)出電磁脈沖信號(hào)。你們看……”

隨著大兵老師的話語(yǔ)，神奇小屋的墻壁上出現(xiàn)了脈沖星的三維示意圖。只見(jiàn)一顆脈沖星正在向頭尾兩個(gè)方向不斷發(fā)射著高能射線，仿佛安裝著兩個(gè)“探照燈”一樣。伴隨著自身的高速旋轉(zhuǎn)，它發(fā)出的光芒掃射著黑暗的宇宙環(huán)境。

小菲說(shuō)：“這脈沖星的樣子真有意思，我覺(jué)得它像揮舞著彩綢的仙女?！?/p>

小天說(shuō)：“我覺(jué)得它像正在舞劍的俠客。”

大兵老師說(shuō)：“你們真有想象力。由于脈沖星有固定的旋轉(zhuǎn)速度，所以它發(fā)出的射線掃過(guò)地球的頻率是固定的。也就是說(shuō)，每當(dāng)脈沖星轉(zhuǎn)到合適的位置，我們就能接收到一個(gè)脈沖信號(hào)。這個(gè)信號(hào)會(huì)每隔一段固定的時(shí)間出現(xiàn)一次，這個(gè)間隔的時(shí)間叫作脈沖周期。脈沖星發(fā)出的脈沖信號(hào)往往不在可見(jiàn)光波段，平時(shí)我們看不到，但我們可以通過(guò)一些儀器設(shè)備來(lái)檢測(cè)到這些宇宙射線。因?yàn)槊款w脈沖星有固定的脈沖周期，所以我們很容易在眾多信號(hào)中分辨每一顆脈沖星。脈沖星就像豎立在宇宙中的一個(gè)個(gè)‘燈塔’，可以指引航天器的航行。今天，我們主要使用發(fā)射X 射線的脈沖星來(lái)為航天器導(dǎo)航?！?/p>

◎◎電磁波頻率表

脈沖星導(dǎo)航

壯壯想了想，問(wèn)：“那脈沖星導(dǎo)航具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？”

大兵老師說(shuō)：“這個(gè)說(shuō)起來(lái)有一點(diǎn)兒復(fù)雜，大家可要認(rèn)真聽(tīng)啊。雖然脈沖星發(fā)出的脈沖周期是固定的，但如果航天器向著脈沖星運(yùn)動(dòng)，接收到的脈沖信號(hào)周期就會(huì)縮短；與之相反，航天器遠(yuǎn)離脈沖星運(yùn)動(dòng)，接收到的脈沖信號(hào)周期則會(huì)變長(zhǎng)。這就是所謂的多普勒效應(yīng)。”

小菲說(shuō)：“我知道，我們聽(tīng)火車?guó)Q笛的聲音，火車迎面駛來(lái)時(shí)，笛聲的音調(diào)比較高；火車離我們遠(yuǎn)去時(shí)，笛聲的音調(diào)比較低。這是由于我們和火車相對(duì)位置的變化改變了聲音傳播的波長(zhǎng)和頻率。老師上課講過(guò)這個(gè)。”

大兵老師說(shuō)：“非常好，多普勒效應(yīng)已經(jīng)被我們用來(lái)測(cè)量道路上車輛的行駛速度了，在醫(yī)療設(shè)備中也被大量應(yīng)用。同樣，我們只要在航天器上裝一個(gè)X 射線探測(cè)器，就可以接收X 射線脈沖星發(fā)出的信號(hào)了。通過(guò)分析航天器接收到的脈沖星信號(hào)，就可以知道我們離哪些脈沖星越來(lái)越近，離哪些脈沖星越來(lái)越遠(yuǎn)。經(jīng)過(guò)精密的科學(xué)計(jì)算，我們就可以知道航天器的位置、航行方向和速度了?！?/p>

小天突然問(wèn)道：“那我們?cè)趺茨芊智迥膫€(gè)信號(hào)來(lái)自哪顆脈沖星呢？”

小菲回答道：“一看你就沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)，每顆脈沖星的脈沖信號(hào)周期都是獨(dú)特的啊！”

小天拍拍腦袋，說(shuō)：“??！我把這事忘了。那我還有一個(gè)問(wèn)題，如果用脈沖星導(dǎo)航的話，我們是不是必須提前知道每顆脈沖星的具體方位??？”

大兵老師說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得好，確實(shí)是這樣。我們需要先建立一個(gè)精確的脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)，才能實(shí)現(xiàn)這樣的導(dǎo)航。由于這種方式不需要借助地面設(shè)備的幫助，是一種可以自主導(dǎo)航的方法，所以備受科學(xué)家的重視。但是目前各國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)基本還在探索中，我國(guó)于2016 年11 月發(fā)射了首顆脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星（XPNAV-1）。它的主要任務(wù)就是在軌測(cè)試我國(guó)自主研制的X 射線脈沖星探測(cè)器，進(jìn)行X 射線脈沖星觀測(cè)，驗(yàn)證脈沖星導(dǎo)航技術(shù)，探索新型導(dǎo)航技術(shù)。相信在不久的將來(lái)，就會(huì)有很多使用脈沖星導(dǎo)航技術(shù)的航天器飛向宇宙深空了！”