美国 - 艾赫巴里通讯社
NASA的“宇宙定位系统”：解决“哈勃张力”的新思路
宇宙学，即对宇宙起源、演化和大规模结构的 연구，目前正面临一个被称为“哈勃张力”的重大谜团。这种不一致性源于对宇宙膨胀速率（由哈勃常数量化）的不同测量结果。宇宙微波背景辐射（CMB）的观测表明其值为67.4公里/秒/百万秒差距（km/s/Mpc）左右，而使用造父变星和超新星等标准烛光的独立测量则给出了更接近73 km/s/Mpc的值。这种持续存在的差异挑战了我们基本的宇宙模型，并影响我们对宇宙距离和年龄的理解。
为了寻求创新的解决方案，NASA的先进概念研究所（NIAC）发布了一份第一阶段报告，详细介绍了一个突破性的提案：宇宙定位系统（CPS）。这一宏伟设想的核心是将五个先进的卫星策略性地部署在太阳系的遥远区域。CPS的主要目标是建立一种前所未有的精确测量宇宙距离的方法，从而为解决哈勃张力提供潜在的答案。
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CPS的运行原理借鉴了地面GPS技术，但其规模被放大到了天文级别。这五个卫星将被放置在相距甚远的距离上，基线长度从20到100天文单位（AU）不等——这些距离远远超过了地日之间的距离。通过利用类似三角测量学的技术，该系统将精确测量光子等信号在卫星之间传播所需的时间。拥有足够长的基线和极其精确的计时机制，CPS将能够直接、精确地测量遥远天体的距离，为现有的宇宙学测量提供关键的独立验证。
部署和运行这样一套系统所面临的工程挑战是巨大的。每个卫星都需要一个直径在8到9米之间的巨大、可展开的天线，因为目前的火箭整流罩无法容纳如此大的结构。尽管射电望远镜不像光学或红外望远镜那样需要极高的表面精度，但为了最大限度地减少热噪声，它们需要极低的运行温度，估计约为20开尔文（-253°C或-423°F）。虽然太阳系外围远离太阳有助于被动冷却，但主动冷却系统可能仍然是必不可少的。
CPS的一个关键组成部分是其计时系统。项目团队提议使用NASA深空原子钟的一个小型化、低功耗版本，该版本已有飞行经验。考虑到外层太阳系有限的太阳能，电力管理至关重要。很可能需要放射性同位素热电机（RTG）来补充电力，从而能够使用高速模数转换器在信号传输回地球之前捕获完整的信号带宽。
除了解决哈勃张力的主要目标外，CPS还为一系列次要科学研究提供了多功能平台。研究人员可能通过观察快速射电暴（FRB）的细微扰动来探测暗物质的分布和集聚情况。该系统还有可能探测到超低频引力波，包括由超大质量黑洞双星合并产生的引力波。此外，对卫星自身引力影响的精确测量可以提供关于柯伊伯带质量分布的见解，并可能有助于验证假想的“第九行星”的存在。
需要强调的是，NIAC的宗旨是评估前沿概念，并非所有提案都能最终实现。CPS尚未获得后续资金，其未来的发展仍不确定。然而，该报告在克服某些技术障碍的前提下，确立了该概念的可行性。这一概念蓝图代表了一个重要的里程碑，表明这样一个宏伟的系统，至少在理论上是可行的，并可能彻底改变我们对宇宙的理解。
