新知｜脉冲星：未来星际航行的“导航仪”

于梅君

主笔：于梅君

2025年10月，贵州深山里传来一则让全球科学家沸腾的消息：被誉为“中国天眼”的FAST望远镜，已发现1152颗脉冲星，超过同期其他国家望远镜发现的总和。这些来自宇宙深处的“神秘信号”，究竟藏着什么秘密？它们又将如何成为人类未来星际旅行的“导航仪”？

脉冲星：宇宙中的“旋转陀螺”，比原子钟还准！

脉冲星的发现实属偶然。1967年，英国剑桥大学24岁的研究生乔丝琳·贝尔在调试射电望远镜时，意外捕捉到一段周期稳定的“滴答”声。这个每1.33秒出现一次、来自宇宙的规律性脉冲信号，最初被误以为是外星文明信号，曾被贝尔戏称为“小绿人”的来电，最终被证实是人类发现的首颗脉冲星。

如今，这个“宇宙来客”的数量，已在中国贵州的深山里被彻底改写——截至2025年10月，被誉为“中国天眼”的FAST望远镜已发现1152颗脉冲星，超过全球同期发现总和，中国从脉冲星研究的“追赶者”跃升为“领跑者”。

脉冲星到底是什么？它实际上是快速旋转的中子星，由大质量恒星死亡后的残骸坍缩而成，直径仅约20公里，却能装下1.44至3.2倍太阳质量的物质。这种极端压缩，让脉冲星的密度达到每立方厘米1亿吨以上，相当于把一座大山压成一颗糖的大小。

这种极端环境下，脉冲星表面温度可达1000万摄氏度，中心温度更高出数百倍，同时释放出比太阳强百万倍的辐射能量。

更神奇的是它们的“心跳”：某些脉冲星每秒能旋转700圈，发出如同灯塔光束般的电磁脉冲。由于磁轴与自转轴存在夹角，当光束扫过地球时，射电望远镜便会接收到规律的“滴答”声。

科学家发现，部分毫秒脉冲星的自转稳定度堪称宇宙极致——每万亿年才慢1秒，比地球上的原子钟精准100倍。有科学家调侃：“若站在脉冲星上，由于相对论效应，你的一天可能连1秒都不到。”

脉冲星作为最致密的天体之一，具有极高的密度、极强的磁场和引力，被称为物理学和天文学的“超级明星”。

毫秒脉冲星被称为“宇宙中最精准的时钟”，对于构建高精度脉冲星计时阵至关重要。

中国天眼：500米“大锅盖”捕捉宇宙最微弱心跳

FAST全称500米口径球面射电望远镜，坐落在贵州省平塘县，形似一口大锅，是全世界最大单口径射电望远镜，有“中国天眼”之称。近年来，FAST进入成果爆发期。

FAST为什么这么牛？因为它有个500米口径的“大锅盖”，相当于30个足球场那么大！这个“宇宙听诊器”，能捕捉到比头发丝还细100万倍的电磁波信号。

据国家天文台数据，FAST的灵敏度是其他望远镜的2.5倍，发现脉冲星的速度就像“开挂”——2017年刚“睁眼”就发现首批脉冲星，到2024年突破1000颗，而全球从1967年到2017年40年间才发现不到3000颗！

更厉害的是，FAST能发现“隐藏款”脉冲星。2025年5月，FAST团队在《科学》杂志发表突破性成果：中国科学家2020年发现了一颗编号为PSR J1928+1815的毫秒脉冲星，它与伴星以3.6小时的极短周期相互绕转，每圈有六分之一时间被伴星遮挡，形成类似日食的“掩食”现象。

这一发现颠覆了传统认知——此前科学家认为双星系统轨道周期应以天或年为单位。这一发现让科学界兴奋不已，因为它揭开了双星系统演化的终极秘密，为研究双星演化提供了关键样本。

据估计，银河系中大约有10亿颗中子星，其中大约20万颗是脉冲星。FAST的发现效率同样惊人：从2017年发现首批脉冲星到2024年突破1000颗，仅用7年时间；而1967年至2017年，全球仅发现不到3000颗脉冲星。

如今，FAST发现的脉冲星已占全球总量的近四分之一，其中包含大量毫秒脉冲星和脉冲星双星，极大丰富了人类对恒星末期的认知图谱。

脉冲星：未来星际航行的“导航仪”

脉冲星的价值远不止于天文观测。“中国天眼”FAST总工艺师王启明指出：“脉冲星会不断地发出脉冲信号，这种信号非常稳定，可与原子钟相媲美，因此可充当天然导航灯塔。找到以后，就可以应用于深空探测、星际旅行，起到导航作用”。

他进一步解释：“如果你要走到火星，或者走出太阳系，甚至走出银河系，根本无法用地球上的GPS去导航，但如果能知道宇宙中很多脉冲星的位置，就可以通过它们来定位、导航”。

脉冲星导航的概念最早于1974年提出，其原理类似于全球定位系统(GPS)，但使用的是宇宙中的天然脉冲星而非人造卫星。

导航原理很简单：宇宙飞船同时接收3颗以上脉冲星的信号，通过计算信号到达的时间差，就能像用三角板量尺寸一样，精准定位自己在银河系的位置，误差不超过1公里！这种“脉冲星导航”比GPS更靠谱，因为脉冲星信号能穿透星际尘埃，即使飞出太阳系也能用。

近年来，多个国家致力开发高精度的全自动太空导航设备，使航天器能在长时间不与地球通信的情况下保持准确定位，并取得了一定进展：2004年，欧空局发布了“基于脉冲星时间信息的航天器导航可行性研究”技术报告；2016年，我国利用天宫二号空间实验室搭载的某探测器，完成了脉冲星导航的首次试验；2018年，美国NASA研究团队宣布成功演示验证了太空X射线脉冲星导航技术，利用搭载在国际空间站的中子星观测设备，对新型导航系统进行了初步测试，实现了精度5公里内的定位……

早在1977年，“旅行者1号”探测器便携带了14颗已知脉冲星的相对位置信息，作为人类文明的“宇宙名片”。而FAST的发现，正为未来星际航行构建更精密的“宇宙地图”。中国科学家已提出“XNAV”（基于脉冲星的自主导航）概念，未来或应用于火星探测、载人深空任务等场景。

未来已来：从脉冲星到星辰大海

脉冲星的极端物理条件，让它成为研究宇宙的“天然实验室”。

验证相对论：脉冲星的强引力场能让光线弯曲，科学家通过观测双星脉冲星，已精确验证爱因斯坦的引力波预言。

探测空间环境：脉冲星信号穿越星际时，会被电离气体阻碍，通过测量延迟时间，可反推银河系物质分布。

寻找外星生命：天文学家在脉冲星PSR B1257+12周围发现3颗系外行星，其中一颗可能存在液态水，暗示脉冲星系统也可能孕育生命。

随着FAST巡天速度提升300%，每天都有新的脉冲星加入星际导航地图。 “现在，我们团队正在构想一种新的‘望远镜’，被我们称为‘宇宙触角’，目前还在设计初期，未来希望能够做到一秒钟拍1000张照片，这样天上只要有任何风吹草动，我们就能看见。”FAST首席科学家李菂表示。

中国天眼1152颗脉冲星的发现，不仅是科学的突破，更是人中类向星辰大海迈出的浪漫一步。当未来的星际飞船依靠这些“宇宙灯塔”航行时，它们将见证中国智慧如何点亮银河。

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