我们目前使用的让航天器返回地球的方法是什么？

　　在我们的太阳系中，航天器依靠地球上的系统进行导航。当我们向航天器发送无线电信号并且它回复时，我们可以使用回复的时间延迟来计算距离。我们还可以监视天空中的航天器，通过结合所有这些信息（天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，并将该信息提供给航天器本身。

　　我们还可以使用这些无线电波的多普勒频移来估计航天器远离地球的速度。通过使用散布在我们星球上的碟形天线，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之间的延迟。当我们将这些数据与位置信息结合起来时，我们就对航天器有了一个完整的六维锁定：位置的三个维度和速度的三个维度。

　　这种方法依赖于地面雷达系统网络，所有系统都与航天器保持持续通信。该技术适用于太阳系内的航天器。

　　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时钟和陀螺仪等机载系统，但星际任务至少要持续几十年，这些机载系统的微小错误和不确定性无疑会导致这些航天器偏离航线。

　　还有一种选择是使用脉冲星，即以固定间隔闪烁或脉动的旋转物体。因为每个脉冲星都有一个独特的旋转周期，这些物体可以作为深空任务的可靠信标。但这只能在太阳系附近相对较小的气泡内起作用，因为旋转周期的测量可能会被星际尘埃污染，一旦你失去了脉冲星的位置，你就迷路了。

　　因此星际飞船需要一种简单、可靠的方法来估计它们在星系中的位置。最近发布的一篇新论文提供了这样一个解决方案：使用成对的恒星来提供一个星系参考框架。

　　该技术基于一个非常古老的概念：视差。如果您将手指放在鼻子前并交替闭上眼睛，您的手指会出现摆动。当您从一只眼睛切换到另一只眼睛时，其明显位置的变化来自于新的视点。如果您在看远处的物体时做同样的练习，该物体的摆动幅度会小得多。

　　正是通过视差，科学家们第一次能够测量到恒星的距离，而且正是通过视差，远离家乡的航天器才能获得方位。在发射之前，我们将我们银河系附近所有已知恒星的精确地图加载到航天器上。然后，随着飞船加速远离太阳系，它会测量多对恒星之间的相对距离。当它移动时，靠近航天器的恒星似乎发生了显着的移动，而更远的恒星保持相对固定。

　　通过测量多对恒星并将测量结果与原始地球目录进行比较，航天器可以确定哪些恒星是哪些，以及它与这些恒星的距离，从而为航天器提供准确的星系 3D 位置。

　　获得航天器的速度有点棘手，它依赖于狭义相对论的一个奇怪的怪癖。由于光速的有限性，如果您移动得足够快，物体可能看起来与实际位置不同。具体来说，对象的位置似乎会朝着您的运动方向移动。这种效应称为像差，可以从地球上测量到：当我们的星球围绕太阳运行时，星星似乎在天空中轻轻地来回摆动。

　　只要航天器移动得足够快，机载系统将能够测量这种像差。通过记录哪些恒星偏离了它们的预期位置以及偏离了多少，航天器可以计算出它的 3D 速度。

　　通过视差测量，航天器可以恢复其在星系内的完整六维坐标；它知道它在哪里，要去哪里。

　　这种技术有多精确？根据论文，如果航天器可以测量 20 颗恒星的位置，精确度在 1 角秒以内（角秒是 1/60 角分，它本身就是 1/60 度），它可以确定它在银河系中的位置精确到 3 个天文单位(AU)，速度在每秒 2 公里（每秒 1.2 英里）以内。1 AU 等于地球和太阳之间的平均距离——大约 9300 万英里（1.5 亿公里）——所以 3 AU 大约是 2.79 亿英里（4.5 亿公里）。这听起来很多，但与恒星之间的数千天文单位相比，这简直是小菜一碟。

　　我们有超过 20 颗恒星的准确位置，因此我们可以为航天器加载数亿颗恒星的目录，以便在其航行中使用。航天器可以测量的每一个都将有助于更精确地确定其位置。

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