ناوبری سماوی به عنوان یکی از قوی ترین ابزارهای مختلف برای ناوبری مطرح بوده است. با توجه به دقت بالای این ابزارها بهره برداری از آنها بسیار محبوبیت پیدا نموده است. بدین منظور ابزارهایی مانند سنسور خورشید و سنسور ستاره در سامانه های فضایی به طور گسترده استفاده می گردد. یکی از ابزارهای جدید برای ناوبری سماوی اشعه ایکس است که از تپ اخترها برای ناوبری استفاده می نماید. این اجرام آسمانی در حقیقت ستاره های نوترونی هستند که با سرعت زیاد به دور خود می چرخند. این اجرام آسمانی دارای ویژگی هایی هستند که آنها را به عنوان یک منبع خارجی مناسب برای ناوبری در فضا که دسترسی به سیستم های معمول ناوبری از جمله وجود ندارد، معرفی می کند. بدین منظور با استفاده از پالس های ارسالی توسط تپ اخترهای اشعه ایکس که معمولا با دوره تناوب میلی ثانیه هستند، می توان داده های موقعیت، وضعیت و همچنین معیاری برای تصحیح زمان در فضاپیماها را استخراج نمود [1].
یکی از مهمترین کشفیات قابل توجه در اواخر دهه 1960 میلادی، کشف پالس های رادیویی گسیل شده از اجسامی به نام پالسارها می باشد.
در سال 1934، والتر باده[1] و فریتززویسکی[2] ستاره نوترونی را به عنوان کاندید احتمالی برای بقایای ستاره ای ابرنواختر، پیش بینی کرد [1]. آنها طی گزارشی چنین نوشتند:
با احتیاط کامل، این فرضیه را پیشنهاد می کنیم که یک ابرنواختر، گذار از یک ستارۀ معمولی به ستارۀ نوترونی است که عمدتاً از نوترونها تشکیل یافته است، چنین ستاره ای شعاع بسیار کوچک و چگالی فوق العاده بالایی دارد.
آنتونی هویش[3] در سال 1967 برای مطالعه سوسوزنی امواج رادیویی در کمبریج انگلستان یک تلسکوپ رادیویی ساخت. جوسلین بل برنل[4] که دانشجوی تحقیقاتی بود، در ژولای همان سال زمانیکه در جردل بنک[5] مشغول تحقیق بود، متوجه یک علامت عجیب شد که ناگهان ناپدید گشت و پس از سه ماه مجدداً ظاهر گردید. گروهی که با هویش کار می کردند، توجه خود را روی این علامت رادیویی عجیب متمرکز ساختند و پالس های رادیویی را که تقریباً هر 3/1 ثانیه یک بار با آهنگ منظم اتفاق می افتادند، یافتند. این افراد، آسمان را برای یافتن علائم مشابه مورد بررسی قرار دادند و سه جشم دیگر که پالسهای رادیویی با آهنگ های متفاوت گسیل می کردند را یافتند. از این رو آنها به این نتیجه رسیدند که این اشیاء می بایست پدیده های طبیعی باشند [2].
اولین پالسار رسماً توسط هویش و همکارانش در 24 فوریه 1968 در مجله نیچر[6] اعلام شد [3]. این پالسار با دوره تناوب 27/1 ثانیه، PSR 1919+12 نام دارد[7]. در طی این مقاله هویش سیگنال های دریافت شده را به طور مفصل مورد بررسی قرار داد و آنها را به ستارگان بسیار چگال، کوتوله های سفید و یا ستاره های نوترونی که تا آن زمان تنها به لحاظ نظری مطرح بودند، نسبت داد [4]. بعد از آن سیلی از مقالات نظری و مشاهداتی درباره این کشف در مجلات علمی نوشته شد، به طوریکه در سال 1968 بیش از 100 مقاله در این باره منتشر شد.
در اواخر سال 1968 گروه ملونگلو[8] (استرالیا) پالساری با دوره تناوب 089/0 ثانیه در نزدیکی مرکز باقیمانده ابرنواختر Vela X مشاهده کردند [5]. همزمان با آن استیلن و ریفنستن[9] با مطالعه گسترده در مورد بقایای ابرنواختر، دو منبع گسیل پالس در نزدیکی سحابی خرچنگ (Crab) مشاهده کردند [6]. مشاهدات در آرسیبو (آمریکا) نشان داد که یکی از این پالسارها با دوره تناوب 033/0 ثانیه در فاصلع پنج دقیق قوسی از مرکز سحابی خرچنگ قرار دارد.
بررسی ها و مشاهدات بیشتر نشان داد که دوه تناوب چرخشی پالسار خرچنگ با آهنگ 1 در 2000 سال افزایش می یابد. از سوی دیگر، در سال 1966 ولر[10] [7] و در سال 1967 پسینی[11] [8] پیش بینی کرده بودند که منبع انرژی در سحابی خرچنگ می تواند ستاره نوترونی چرخان باشد. نهایتاً در سال 1969، کوکه[12] و همکارانش در رصدخانه استوارد در آریزونا وجود یک منبع ستاره ای تپنده در مرکز سحابی خرچنگ را با مشاهدات نور مرئی تثبیت کردند [9].
این مشاهدات همراه با ملاحظات نظری تأیید قطعی بود بر آنکه پالسارها به ابرنواختر ها مربوط هستند و نیز اینکه آنها ستاره های نوترونی چرخان با سرعت چرخشی بسیار بالا هستند [4].
اولین پالسار رادیویی مشاهده شده در یک سیستم دوتایی پالسار PSR 1913+16 می باشد که در سال 1975 توسط نیلور و هالس[13] در خلال جستجو برای پالسارهای جدید کشف شد [10]. دوره تناوب این پالسار 059/0 ثانیه است که بعد از پالسار خرچنگ کوتاه ترین دوره تناوبی را دارد. آنها متوجه شدند که این سیستم دوتایی شامل یک پالسار و یک همدمی با دوره تناوب مداری 75/7 ساعت است که در حدود Kpc 5 از ما فاصله دارد. جرم این سیستم دوتایی برابر M¤ 83/2 می باشد که جرم همدم آن تقریباً برابر جرم خورشید است و ممکن است یک کوتوله سفید باشد.
امروزه هیچ تردیدی در ماهیت پالسارها به عنوان ستاره نوترونی وجود ندارد. ستاره های نوترونی دارای میدان مغناطیسی قوی ای هستند. علی رغم حضور میدان مغناطیسی بسیار قوی در ستاره های نوترونی، اثر آن بر ساختار داخلی ستاره بسیار ناچیز است. چگالی انرژی میدان مغناطیسی در مقیاس آزمایشگاهی بسیار بالاست، ولی تنها اثر آن در ساختار ستاره نوترونی تغییر ساختار بلوری در سطح ستاره است [11].
بیشتر پالسرهای رادیویی ستاره های نوترونی منفرد جوان با میدان مغناطیسی دوقطبی سطحی از مرتبه 1011,5 – 1013,5G می باشند، که طی مدت حدود yr107 متولیاً کُند و نهایتاً “خاموش” می شوند (یعنی پالس رادیویی گسیل نمی کنند). پالسارهای دوتایی در صد کمی از کل پالسارها را تشکیل می دهند. پالسارهای میلی ثانیه ای زیرمجموعه ای از پالسارهای منفرد و یا دوتایی اتند که سرعت چرخشی بیشتر و میدان مغناطیسی ضعیف تری (~108 – 1011,5G) نسبت به ستاره های نوترونی جوان دارند [12].
داده های مشاهداتی نشان می دهد که میدان مغناطیسی ستاره های نوترونی تغییر می کند و نیز اینکه تحول میدان مغناطیسی با خصوصیات دیگر پالسارها از جمله سن و دوره تناوب چرخشی پالسار مرتبط است [13].
[1] Walter Badde
[2] Fritz Zwichy
[3] Antony Hewish
[4] Jocelyn Bell Bernell
[5] Jordrell Bank
[6] Nature
[7] PSR مخفف Pulsating Source of Radio و 1919+12 نشان دهنده مختصات استوایی بُعد برحسب ساعت و دقیقه، دو رقم بعدی همراه با علامت جلوی آن نشاندهنده میل بر حسب درجه است.
[8] Molonglo
[9] Reifenstein & Staelin
[10] Wheeler
[11] Pacini
[12] Cocke
فایل سمینار با عنوان ناوبری فضاپیما به کمک اشعه ایکس با ستاره های پالسار با منابع کامل را از اینجا دریافت کنید.
