【{$randkws}】20世纪60年代的早期太空竞赛中了解太空中目标天体的精确位置有多难？ - {$web_name} 但唯一合理的方法是直接测量

距离太阳最近的恒星——比邻星（Proxima）
（神秘的地球uux.cn报导）据新浪技术（任天）：在20世纪60年代的早期太空竞赛中，假如是以宇宙飞船导航所需的精确度而论，美国和苏联的科学家实际都不清楚火星、金星等行星的具体位置。这听起来有点可笑。自然，如果无人理解，请记住怀念过去当宇宙飞船到达这些行星附近时，他们还是能大致得知目标会在哪里。但是，这里的“大致”或许意味着1万或10万公里的偏移量。行星的位置，即它们的星历表，依赖于以极高精度对其轨道随时间推移的转变状况开展校准。但唯一合理的方法是直接测量，就像古代的水手需要沿着岛屿或海岸线航行，以便确定纬度和经度一样。
有关这个难题，一个很不体面的例子发生在1961年初。从苏联发射金星1号（Venera 1）探测器着手，人类向金星发射探测器的口碑评价：官方尚未回应打算便拉开了序幕。苏联和美国科学家都期盼能最初确定金星的位置，并以此来精确计算天文单位——当时被定义为地球中心与太阳中心之间的平均距离。在地球上，可以经由测量从金星上反射的雷达通讯来确定距离。几个月后，苏联人自豪地亮相了基于金星的天文单位测量改进方法，但美国人不久察觉，这与他们自己的雷达测量结局相差约10万公里。美国人兴高采烈地嘲笑苏联人，说他们或许察觉了一颗新的行星。
回想起来，这台苏联探测器——原本打算在测距结局亮相的时候飞掠金星——之前已然历程了一系列的挫折，含有失利的热控制和姿态控制失灵。尽管它或许的确经过了金星附近的某个位置，但我们永远也无法确切得知它与该标记位置的距离，由于在那一点上，地球与探测器的所有通讯都停止了。
失误认定金星的位置或许会带来灾难性的后果。金星1号探测器或许由于偏离太多而无法获得任何有用的春季聚焦时尚穿搭，细节曝光引关注资料，它也或许直接撞向行星，导致不光彩的坠毁。可以想见，在这些惨痛的教训之后，科学家们会多么奋斗地确定太阳系天体的位置，与之有关星历表也编制得越来越厚，越来越精确。但是，即使有了长足的提升，精确定位航天器及其行星目标所面临的基础难题仍未完全解决。在某种价值上，难题反而愈加尖锐。
如今，位于美国加利福尼亚州的美国航空航天局（NASA）喷气合作评测室是星历表的首要编制机构之一，提供了精心编写并不断升级的资料，合作我们确定行星、卫星、彗星、流星群和小行星的假期最适合读的一句话：好好生活就是胜利位置。这就像农民所用的年历，只可是是用于行星探索。但是，随着探索范围越来越远，我们的目标越来越新奇，我们所面临的考验也越来越大。
已然有机构在草拟一项雄心勃勃的打算，期盼运用强大的激光，合作带有轻型帆的微型“纳米飞船”（nanocraft），一路航行到南门二（半人马座α）恒星操控系统。该操控系统距离地球超过4光年，假如以20%的光速（约每小时2.16亿公里）前进，需要花费至少20年的时间。在正确的时间到达另一个恒星操控系统的正确位置，这个难题远比到达遥远的太阳系边缘星球（如冥王星）繁琐得多，尽管前往冥王星就已然够艰难的了。
2006年，NASA的“新视野号”探测器以破纪录的速度发射，在9年多的时间里飞到冥王星附近（在木星引力合作下），飞行距离近50亿公里。运用地球上的望远镜观测，以及对冥王星的轨道运动开展精细的计算机模拟，我们可以确定该探测器在天空中的位置，精确度可达约0.00014度角。但是，冥王星太过遥远，如此微小的不确定性也会导致约13000公里的位置误差，足以严重阻碍近距离飞掠任务。更为繁琐的是，新视野号在轨道上历程了难以预测的漂移，这是钚发电机形成的不均匀热辐射所导致的。
新视野号总算在2015年7月与冥王星相遇，这让那些在发射之后等待了相当长一段时间的科学家们松了一口气。它以12500公里的距离飞掠冥王星。最后，以便高效掠过冥王星及其卫星，新视野号在接近正确路径的任何地方都要开展细致的位置测量，并使用探测器自带的摄像机开展航向修正。这一过程需要极大的耐心。
如今，让我们来较为一下冥王星与距离太阳最近的恒星——比邻星（Proxima）。比邻星位于半人马座，是半人马座α三合星的第三颗星，以每秒约32.19公里的速度相对太阳运动。可是，每秒0.01公里的最小有效数字，意味着在为期20年、600多万公里的任务中会累积相当大的位置不确定性。这还是恒星，一个明亮的、较为轻松探究的天体，而恒星操控系统中的行星亮度会下降10亿倍，其位置也更为难以确定。与新视野号一样，星际探测器很或许不得不随时跟踪自己的目标，并且必须自主达成，由于与地球的来回通信就需要数年的时间。
至于微型航天器能否携带必要的计算工具，或者是否具备追踪目标所需的感知和操纵能力，还有待观察。明亮的恒星本身或许就是最好的标记，可以和太阳一起身为导航灯塔。从激光二极管发射的微弱脉冲可以提供改动方向的推力，但更核心的是，数百乃至数千台具有AI的纳米飞船在发射之后，每一台都具有相互进修的能力，或许可以经由大规模冗余和牺牲多数来达到时间和空间目标。但是，当你试图用一颗子弹去拦截另一颗飞来的子弹——不管是恒星还是行星——时，差错或许是在所难免的。
不难察觉，在数千或数百万公里的范围内，位置的不确定性或许会给太空探险者带来麻烦。但奇怪的是，绕轨道管理的恒星和行星具有一些基础的物理学属性，这些属性取决于相当小的位置不确定性，并且可以毫不含糊地确定全部操控系统的生存。究其根源，在于引力物体之间的动力混乱现象，以及混乱但数学上可绘制的不稳定性，还有天体运动的不可预测性。尽管科学家自19世纪80年代就察觉了混沌现象，但直到20世纪80年代，探究人员才开发出专门用途的计算机，以精确模拟太阳系中行星受引力驱动的运动。这些模拟揭示了我们日常在一个多么混乱的空间中。
结局表明，假如在数千万年到数十亿年的时间里追踪太阳系内物体的运动，诸如水星这样的行星位置呈现毫米级的转变，也会形成很大的作用：前方的轨道或许相对平淡无奇，但也或许使内太阳系变得不稳定，行星被甩向太阳，或者逃逸到星际空间的轨道上，乃至将两颗行星置于相互碰撞的轨道上。
如此微小的转变会导致如此截然各异的结局，这让许多期盼全球具有某种可预测性的人无法接纳。这就说到了人类身为一个物种，似乎一直在奋斗想要做到的一些事情。我们很期盼所谓的现实是固定不变的，或者至少不是变幻莫测的。但现实很少如此。
在将航天器发射到其他行星，乃至其他恒星的过程中，我们别无挑选，只能承认当下的这种不精确性。现实就是如此残酷，我们对外太空的知晓太有限了。乃至自然定律都是基于全然不完美的测量得出的推论，不管是行星轨道和引力，还是代数的逻辑和符号处理——后者是经由人脑和人脑开发的机器来“测量”的。令人惊奇的是，这些定律能够很好地模拟和预测物理全球的各个方面，几千年来一直在合作我们，并使我们感到安心。今日，我们似乎已然设法扭转了这个难题，可以预测自然中或许发生的各类混沌，从不稳定的天气条件到不稳定的股票行业，自然还有行星。
这就是为什么诚实面对局限性是一件美好的事情，由于我们能所以找到跨越空间、时间并理解界限性的方法。20世纪60年代的火箭科学家们试图掌握金星和其他行星的位置，他们乃至都没有意识到，自己在某些方面已然变成先驱。他们不只是在穿越虚无的太空，试图确定差不多不或许定位的天体，更是在认识现实本身的根本性质。