在人類歷史的大部分時間裡,我們進行導航。了解時間和日期,並觀察一些恆星似乎固定的極地地區,為我們提供了基本方向。如今,我們使用衛星資訊進行導航,衛星資訊不僅用於地圖和交通應用程序,還用於從照片到銀行業務的無數其他應用程式。我們仍然依賴天文導航——但星星還不夠好。我們需要超大質量黑洞。
天文學家相信每個星系的中心都有一個超大質量黑洞。大多數時候,這些黑洞是安靜的,但如果它們開始活躍地進食,例如在大量氣體落到它們上的情況下,它們會變得極其明亮,因為氣體會經歷令人難以置信的力量。在某些情況下,它們會進入類星體階段——這很有用。
在地球上,我們有格林威治子午線,它是經度的起點。在太空中,我們使用類星體[...],這就是我們確定座標的方式。
克里斯多福·S·雅各布斯博士
類星體非常明亮,大致上是點源。它們距離也很遠,因此它們所具有的任何固有運動都不會影響測量。它們看起來固定在天空中。它們還發射多種波長的光,因此可以用無線電波、可見光等來追蹤它們。這些類星體的位置用於天體參考系。
「天體參考系的重要性是什麼?這就是我們知道我們在太空中的位置的方式。在地球上,我們有格林威治子午線,它是經度的起點。在太空中,我們使用類星體,這些星系會發出無線電靜電波束,這就是我們確定座標的方式。克里斯多福·S·雅各布斯博士來自美國太空總署噴射推進實驗室的研究員告訴 IFLScience。
天體參考系對於全球定位系統 (GPS) 非常重要,因為地球並不是一個繞其軸並圍繞太陽進行完美週期性運動的完美球體。為了抵消地球缺陷帶來的小偏差,GPS 根據天體參考系進行校準。理想情況下,這是每天完成的。
據估計,準確度需要數週時間才能降至日常生活中明顯的水平,如果您只是想在一個新城市中找到出路,那麼可能還是沒問題的。但如果你需要更高的精度,例如船舶或太空船,這可能是一個大問題。
「整個 GPS 系統可能會長期漂移,除非有一個固定點可以穩定。因此,當您使用 GPS 進行導航時,您的手機實際上會與類星體聯繫在一起。銀行用它來計時,如果他們要發送大量資金,他們想知道在給定時間資金在哪裡。如果你在海洋中航行,你需要知道自己在哪裡,」雅各布斯博士告訴 IFLScience。
「我的工作是前往火星和其他行星的行星際探測器。一旦離開地球,GPS 就不再存在了。這也是類星體和天體框架發揮作用的地方。
雅各布斯主持了天體測量會議在開普敦。所提出的工作包括由以下人員領導的研究派崔克夏洛特教授使天體參考系更好。
「我們可以透過多種方式改進[天體參考系]。改進它意味著更精確地測量源的位置。改進也意味著擁有更多的來源,以及更好地在天空中傳播。我們還需要更好的覆蓋範圍,例如與 Gaia 構建的光學框架進行比較,」Charlot 教授告訴 IFLScience。
有些挑戰是技術性的。例如,南半球在框架中的覆蓋程度並不像北半球那樣,或者光學波長中的源多得多,因此為了獲得無線電對應物,需要更深入的無線電觀測。這是蓋亞天文台擬議的後續項目,將揭示目前被銀河系塵埃遮蔽的銀河系平面中的類星體。
還有科學的考慮。關於太陽系繞銀河系運動和銀河系本身的假設可能會成為影響該參考系所要實現的高精度的因素。
此外,類星體被假設為點源,但事實並非如此。我們的望遠鏡越好,這些來源就顯得越廣。因此,弄清楚無線電發射的來源非常重要,這是超大質量黑洞物理學的不確定性之一。
如果幫助我們在現代世界中找到出路並研究宇宙的複雜性還不夠,那麼天體參考係還有助於研究我們行星的內部運作。地殼板塊的運動和地球不規則運動的其他原因被揭示出來,這要歸功於超大質量黑洞從數十億光年之外發出的光,其亮度是太陽的 25 兆倍。