沐淳也是如此,用筆在記事本上認真記錄著:
“如果我們抬頭仰望晴朗的夜空,會發現虛空中有數不清的閃閃發光的星星,而這些如鑽石般閃耀的星星都是恒星。
恒星是由氫和氦構成的球形等離子體(非常熾熱的氣體)。恒星是由大量寒冷的氣體雲因重力引力導致氣體被壓縮,當它們經過漫長而不斷地進行塌縮過程後,使它們升溫並轉化為熾熱的等離子體,當溫度高達1500萬度時,發生核聚變,產生光和熱,最終形成恒星。
恒星又經過數百億年的漫長演化,經曆成長成熟,最後逐步走向滅亡。
恒星的一生也像人一樣,經曆從孕育誕生,到成長成熟,以及最終衰老死亡的整個過程。
大體上說來,恒星死亡後的遺骸可以分為三類:白矮星、中子星和黑洞。
中子星表麵的重力極強,表麵重力加速度也極大。在超高壓作用下,中子星的表麵溫度高達數千萬度,比太陽表麵的溫度還高,中子星核心處的溫度更是高達幾億度。從而使它進行極快地自轉,並擁有超強的磁場,平均磁場強度至少為幾千萬特斯拉。
脈衝星就是高速旋轉的中子星,因其能發出極穩定的周期性電磁脈衝而得名。
脈衝星大多數的半徑僅有10公裏左右,但是它的密度競然高達1億噸每立方厘米,而其總質量卻在1.44倍至3.2倍太陽質量之間,是除黑洞外密度最大的天體。
可以想象一下,地球表層岩石的平均密度大約為2.7克每立方厘米,與密度高達1億噸每立方厘米的脈衝星比較,會有怎樣的恐怖結果?
根據觀測到的脈衝星旋轉速度,其脈衝周期也各不相同,不過大多數其自轉周期都處於毫秒至幾秒之間。達到毫秒級別的,也就是差不多在1秒的時間內,脈衝星就能旋轉1000圈。眾所周知,地球自轉360度一周為24小時,可見它是多麼的快。
超強大的電磁場將脈衝星的高能粒子輻射也封閉了起來,使得脈衝星的自轉軸與磁極軸之間形成一個夾角,高能粒子輻射波束隻能從兩端的磁極夾角中噴射出去。不同的脈衝星噴射出來的電磁波段信號也不同,分別有射電、紅外、可見光、紫外、X射線或伽馬(γ)射線等電磁波信號,從而形成不同信號的脈衝星。
當脈衝星體自轉且磁極波束掃過安裝在地麵或航天器上的探測設備時,探測設備就能夠接收到一個脈衝信號。
同時脈衝星具有極其穩定的周期性,其穩定度達到10的負19次方,其穩定度比目前最穩定的氫原子鍾的10的負15次方,還要高1萬倍以上。10的負19次方是什麼概念呢?就是兩個脈衝信號點之間的周期差值,隻有在小數點後麵第19位才會出現變化。
所以說,脈衝星自轉周期被譽為自然界中最穩定最精準的天文時鍾,使之成為人類在宇宙中航行的燈塔。
為了更好理解精準時鍾與導航的關係,我們先了解一下衛星導航原理。
導航就是要解決現在所處的位置以及要去哪裏的位置的問題。
上古時代,人們去遠地方狩獵,憑著自己的記憶,或者做一些特殊的標記才能找到回家的路。
隨著社會的發展,人類學會了牽星術、使用指南針、地圖定位,可以在適當的情況下指引方向。
後來,聰明的人把地球表麵看成一個球體平麵,給平麵地球畫一條條橫線和一條條豎線,構成地理坐標,即經線和緯線,隻要知道兩個坐標經度和緯度,找出它們一橫一豎相交的點,再對照平麵地圖,就可以知道準確位置了。
隨著科學技術的發展,科學家們發明了衛星導航。
太空中的衛星是如何確定地麵上的位置的呢?
衛星導航定位實施的是“電磁波到達時間差”的距離概念。
每一顆衛星把精確位置和原子鍾時間生成的導航信息連續發送至地麵接收終端。而電磁波從衛星到達地麵需要一定的時間,我們就可以根據公式:距離等於速度乘以時間,計算出的兩者之間的距離。
比如,導航衛星A把發送時間8.333000888秒發送給地麵,終端接收到這段信息時間是8.333100888秒,發送與接收的時間差為0.000100秒。
電磁波傳輸的速度接近光速,電磁波速度為299792458m/s,那麼該用戶終端與衛星A的距離就能計算出來,
兩者之間的距離為:s=vt=299792458m/s*0.000100s=29979.2458M
以相同的方式計算出第二、第三、第四、第五、第六顆導航衛星與用戶之間的距離。