先驱者10号携带的镀金铝板。图片来源：Abigail Malate | 美国物理学会

镀金铝板的左侧的星形图案是当时已知的14个脉冲星的星图。图案上每个臂是脉冲星的信号路线图，这14条线有以二进制方式写上的数字，表示了每颗脉冲星的脉冲周期。线条的长度表示了这些脉冲星相对于太阳的距离。每段线条尾部的记号则表示了其交错于银河平面上的Z坐标（空间位置）。有了这些信息，外星人应该可以通过这14个脉冲星的位置，以及根据三角测量来找到太阳系的位置。

怎么利用脉冲星进行导航？

导航的基本思路是通过几个不同位置的信号源，依照他们信号到达探测器的时间来测定飞船的位置。脉冲星能用来导航的关键在于，它们能长期辐射高稳定度的脉冲信号，另外它们在银河系内分布十分广泛。利用同一个脉冲信号到达航天器的时间和达到太阳系质心的时间差，再借助三角关系可以得到飞船的观测距离。同时探测4颗脉冲星，就可以得到飞船的位置和时间信息。

基于脉冲星三角测距的概念激发了NASA天体物理学家们的灵感，他们进行了相关的实验探索，以验证脉冲星是否可以在实际中作为深空航行的灯塔。

在国际空间站上，科学家们进行了SEXTANT（Station Explorer for X-Ray Timing and Navigation Technology）实验，名字是指使用X射线定时和导航技术的空间站探测器。依据这个探测器，该团队研究了一组由五个独立脉冲星组成的系统，和GPS技术中使用原子钟定时的方式类似，用观察它们信号闪烁的方法来实现定位。  

探测器靠近和远离时看到的闪烁频率会发生变化。图片来源：Abigail Malate | 美国物理学会

想象一下，假如你漂浮在太空中，而五个脉冲星就在距你一定距离的地方。当你移动的时候，会观察到这些脉冲星的信号闪烁的一些变化：如果观察到一个脉冲星的闪烁到达提早了，说明在靠近它。如果闪烁到达晚一些，这意味着你在远离。使用这种技术，就可以对自己在银河系中的位置进行三维测定。

2018年1月，来自NASA的SEXTANT项目调查员Keith Gendreau宣布了，脉冲星导航技术首次在此实验中被成功验证。

定位国际空间站的常规方法是计算出它相对于地球的空间位置。在此次实验中，科学家尝试了关闭导航系统，从下图中的蓝色曲线可以看到，空间站的位置丢失的非常快，航线的误差随着短短的时间变化在持续累加。

绿色曲线表示将脉冲星数据添加到飞行软件时的导航情况。我们可以看到，飞船的位置误差保持在大约6到10英里 ——这个数字与通常的GPS的精度比起来差了很多，但考虑到是在星际航行，这个结果已经可以保证不会迷失于太空。

首例脉冲星自主导航飞行成功演示

SEXTANT的实验结果。图片来源：Keith Gendreau | NASA

未来该何去何从？

目前脉冲星系统还不够完美，但研究人员的演示实验证明了这种导航模式是可以实现的。科学家们希望脉冲星导航技术可以成为星际航行的指明灯，在未来某一天，能够引导宇航员飞往火星和更远的太空。