【原文】
星际旅行靠什么导航
苟利军
①日前，我国首部科幻大片《流浪地球》持续创造票房纪录。这部电影根据刘慈欣的同名小说改编，讲述了太阳即将毁灭，联合政府决定将地球推离现有轨道来拯救人类的故事。此前，地球联合政府发射了一个空间站为地球逃离太阳系导航。
②这部电影里的很多情节让人非常好奇，比如为地球流浪领航的太空站如何导航。未来，人类进行更远的星际旅行时，还可能用到什么样的导航系统？
③要回答这些问题，先简单回顾一下日常生活中人类是如何导航的。一提到导航，人们很自然地就会想到手机里的各种导航软件。它们都是利用导航卫星来确定方位的。
④手机软件导航的工作原理简单来说是这样的：在地面之上约2万公里的空间，有几十个处于不同轨道的导航卫星。每时每刻，这些卫星都会发送特有的位置和时间信号，手机中的导航卫星信号接收器可以接收到4个不同导航卫星的信号，根据接收到的信号之间的差别，就可以算出手机所在的空间位置信息。
⑤理论上，导航卫星处于地面之上2万公里的高空，只要在低于卫星轨道的空间，都可以通过接收导航卫星的信号来导航。目前，在地球上空运行的国际空间站，离地面大约500公里，所以它的导航可以利用导航卫星。
⑥最早的导航卫星是美国发射的24颗铱星。后来，一些国家为了突破美国的技术限制，也发射了自己的导航卫星，组建了卫星导航系统，比如欧洲有伽利略导航系统，中国有北斗卫星导航系统。
⑦未来，如果人类有机会跨入到离地面2万公里外的深空，就需要全新的导航系统。空间导航的核心是在每一时刻，需要知道至少四个位置的参考源。根据众多观测结果，天文学家选用不同的稳定天体源，提出了几种可能的导航系统。
⑧一种就是最近几年谈得比较多的脉冲星导航。脉冲星就是我们极为熟悉的中子星，因为磁极方向能够产生射电或者X射线辐射，当转动轴和磁极不重合，而转动轴扫过地球的时候，就会产生人类所看到的脉冲，因此被称之为脉冲星。某一些脉冲星转动速度特别快，转动周期可以达到毫秒量级。这些脉冲星的转动稳定性非常好，可以比拟于地球上最好的原子钟，所以脉冲星也时常被称为宇宙间的原子钟。
⑨到目前为止，人类已经找到了几十个类似的脉冲星，分布在银河系内距离地球几百光年到几千光年的范围。如果人类可以接收到它们的信号，并且已知它们位置的话，可以利用这些脉冲星进行星际航行。
⑩最近，美国NASA的一些工程师就利用国际空间站上的一个名叫NICER的天文设备对此想法进行了验证。NICER的中文意思是中子星内部组成探测器，这是安装在空间站上随空间站一起运动的探测设备，它的探测波段为X射线。这些来自于NASA的工程师就利用这个设备在2017年对四个已知不同方位上的毫秒脉冲星进行了监测，通过上面类似的方式来计算空间站的位置。结果发现，相比较导航卫星的厘米误差，这次实验所得到的误差为将近16公里。尽管如此，这次实验验证了脉冲星导航的可行性。
11还有一种很好的方法，就是利用恒星来导航。在2013年发射的欧洲盖亚卫星（GAIA）就计划对银河系内的10颗恒星的位置、恒星特征、距离以及运动速度进行精确测量。目前，科学家已经得到了第一批结果，等到这个计划的最终目标实现之后，人类就会有一个很好的银河系内星图，可以利用它来进行导航。
12或许对于接下来的银河系内的旅行，脉冲星和恒星导航已经是绰绰有余，然而天文学家们想得更远，如果人类有机会迈出银河系，进入更远宇宙的时候，能用什么来导航呢？
13银河系内的脉冲星有一定的问题，因为它们也是处于运动当中，位置并非不变。如果星际旅行的时间很漫长，人类是否有更好的位置参考系统？
14有些天文学家就提出，或许可以以那些遥远的某些星系作为参考，这些被选出来的天体就是天文学中常说的活动星系核。这些天体是星系中心的超大质量黑洞所产生的喷流，因为辐射非常明亮，往往比星系本身的辐射还要强很多。因为中心体积非常小，从遥远的地方去看，就像一个小点很难分辨，以至于在这类天体发现的最早期，最明亮的那一类被称为“类星体”。尽管这类星系也在空间运动，然而因为这些天体至少距离地球几十亿光年之外，看起来几乎不动，相比较上面提到的脉冲星位置上要稳定很多。
15法国的天文学家Charlot和他的团队在20世纪90年代末的时候选取了一些最致密和最稳定的活动星系核，建立了一个被称之为国际天球参照系统。经过20余年的发展和不断更新，这个系统当中从最早的包含了212个源，到现在遍布整个天空的300多个。这个系统或许也能够成为人类以后进行宇宙旅行所使用的导航系统。
16现在，随着虚拟技术的发展，人们对现实的太空探索兴趣在减少。刘慈欣在2018年克拉克想象力贡献社会奖领奖时曾说：“说好的星辰大海，你却只给了我Facebook（注：一种联系朋友的社交工具）。”不过，未来无论是地球附近的太空旅行，还是更远的星际旅行，都需要人类的共同努力和推动。只有这样，当地球真的面临“流浪”危险的时候，人类才真正能够坦然相对。
17科幻电影《流浪地球》引发的热潮最终也会过去，但期望更多的中国人能够在这部科幻电影的引导之下，多一些仰望星空的情怀，关注地球的未来。有更多的公众关注和支持我国科学的发展，这是未来国家发展的动力。
【问题】
（1）天文学家提出了哪几种未来可能的空间导航系统？
（2）第③至⑥段花费大量篇幅说明手机导航，删除后是否更简洁？谈谈你的理解。
（3）本文开头和结尾部分都提到《流浪地球》及其作者，这样写有什么作用？
（4）举例说明本文运用的一种主要说明方法及其作用。
【参考答案】
（1）答案：脉冲星导航、利用恒星来导航、国际天球参照系统导航
（2）答案参考：示例一，不删更好。从文章构思上来说，这几段从人们熟悉的手机导航软件引出手机导航原理，再自然引出导航卫星，这样层层递进，使读者对导航的了解由浅入深，更容易理解作者后文所说明的对象。示例二，不删更好。从说明顺序上来说，运用从具体到抽象的逻辑顺序，由简单到复杂，由熟悉到陌生，拉近与读者的距离，更易于读者理解抽象高深的科学道理，使说明更明晰。
（3）答案：①开头从热门电影谈起，引发读者兴趣；②引出本文的说明对象“星际旅行靠什么导航”；③结尾收束全篇，表达期望，希望国人共同努力，在科幻电影引领下支持我国科学发展事业；④整体构思上首尾呼应，使文章浑然一体。
（4）答案示例：（1）举例子。如第⑥段介绍一些国家为突破美国的技术限制，发展自己的导航系统时，列举出了“欧洲的伽利略导航系统”“中国有北斗卫星导航系统”的例子，很有说服力。（2）列数字。如第15段介绍国际天球参照系统，使用了“20”“212”“300”等数字，具体、准确地说明了国际天球参照系统的发展速度之快。（3）分类别。如说明未来空间可能的导航系统时，“一种”“还有一种”，采用分类说明的方法，使说明更有条理性。