艺术家描绘的旅行者号探测器进入星际空间

太空很大，真的很大。如果你想成功地在我们银河系的星际深处航行，你将需要某种可靠的系统。一项新的提议试图使方法尽可能简单：用成对的恒星来提供一个星系的参考系。

在我们的太阳系内，星际飞船依靠地球上的系统进行导航。当我们向宇宙飞船发送无线电波并得到回复时，我们可以利用回复的时间延迟来计算距离。我们还可以监控太空中的航天器，通过结合所有的信息(在太空中的位置和与地球的距离)，我们可以确定航天器在太阳系中的位置，并将这些信息提供给航天器本身。

我们也可以利用这些无线电波的多普勒频移来估计宇宙飞船远离地球的速度。通过使用散布在地球上的碟形天线，我们可以测量航天器信号到达一个碟形天线与另一个碟形天线的时间差。当我们把这些数据和位置信息结合起来时，我们就有了一个完整的六维空间锁：它的三维位置和三维速度。

这种方法依赖于地基雷达系统网络，所有这些都与航天器保持通信。这项技术适用于太阳系内的航天器，以及NASA的孪生“旅行者”号探测器。

但任何星际任务都需要一种新方法：它们必须自主导航。原则上，这些航天器可以使用机载系统，如时钟和陀螺仪，但星际任务至少要持续几十年，这些机载系统的微小误差和不确定性无疑会导致航天器偏离轨道。

还有一种选择是使用脉冲星。脉冲星是一种旋转的物体，似乎会定期闪烁或脉动。由于每颗脉冲星都有独特的自转周期，这些天体可以作为深空任务的可靠信标。但这只适用于太阳系附近一个相对较小的气泡，因为对自转周期的测量可能会受到星际尘埃的污染，一旦你弄不清脉冲星是哪个，你就迷失了方向。

视差确定位置

因此，星际飞船需要一种简单可靠的方法来估算它们在星系中的位置。最近发表的一篇新论文提供了这样一个解决方案：星星本身。

这种技术基于一个非常古老的概念：视差。如果你把手指放在鼻子前面，交替闭上眼睛，你的手指就会出现摆动。当你从一只眼睛切换到另一只眼睛时，它的明显位置的变化来自于新的视角。如果你在看远处的物体时做同样的练习，那么这个物体的摆动就会少得多。

正是通过视差，科学家们第一次能够测量到恒星的距离，也正是通过视差，一艘在远离家园的地方游荡的宇宙飞船才能确定自己的方位。发射前，我们给飞船装上了一份银河系附近所有已知恒星的精确地图。然后，当飞船加速离开太阳系时，它会测量多对恒星之间的相对距离。随着它的移动，距离航天器更近的恒星似乎会明显移动，而距离更远的恒星则相对固定。

通过测量多对恒星，并将测量结果与原始的地球记录进行比较，该航天器可以计算出恒星有哪些，以及它与这些恒星的距离，从而为航天器提供在银河系中准确的3D位置。

相对的影响

想得到宇宙飞船的速度有点棘手，它依赖于一个奇特的狭义相对论。由于光速的有限性，如果你移动得足够快，物体可能会出现在不同的位置。具体地说，一个物体的位置将会在你运动的方向上被改变。这种效应被称为畸变，从地球上可以测量到：当我们的行星围绕太阳公转时，恒星似乎在太空中来回轻微摆动。

只要宇宙飞船的速度足够快(如果我们想让星际任务持续几十年，而不是几千年，它就必须如此)，机载系统就能够测量这种畸变。通过记录哪些恒星偏离了它们的预期位置，以及偏离的程度，航天器可以计算出其3D速度。

通过视差测量，航天器可以恢复其在星系内完整的六维坐标，它知道自己在哪里，要去哪里。

这种技术有多精确？根据这篇论文，如果航天器能够测量20颗恒星的位置，误差不超过1角秒(1角秒是1角分的1/60，而1角分是1度的1/60)，它可以确定自己在星系中的位置，精度可达3个天文单位(AU)，速度可达1.2英里/秒(约2公里/秒)。一个天文单位等于地球和太阳之间的平均距离，大约9300万英里(约1.5亿公里)，所以3个天文单位大约是2.79亿英里(4.5亿公里)。这听起来很多，但与恒星间数千个天文单位相比，这简直微不足道。

我们有超过20颗恒星的精确位置，所以我们可以给飞船装载上亿颗恒星的目录，以便在航行中使用。宇宙飞船可以测量的每一个物体都将有助于更加精确地确定其位置。现在我们需要的是一艘星际飞船。