科幻电影中，太空飞船启动引擎，在巨大的闪光与轰鸣声中，飞船奔向其他星球乃至星系。

在地球上，我们靠地图软件导航去陌生的地方，到了太空，没有“宇宙地图APP”，飞船不会迷路吗?其实，人类已经实现了几种太空导航方法，它们在星际探索时代也能为飞船指路。

空中指南针

人类自古以来就靠指南针来确定方向，指南针指示的正是地球的南北磁极。

在大气层和近地轨道，依然存在较强的地球磁场，航天飞机和人造卫星能靠其辨认方向，再加上它们拥有红外地平仪——测量飞行器与地球之间的垂直距离的仪器，近地航天已经实现了精准的定位和导航。

地球当遥控

在月球和火星，地球的磁场效应微乎其微。探月卫星、探火卫星基本探测不到地球磁场，而是采用无线电导航。

卫星飞行时，其搭载的“星体追踪器”能够在光学上识别出周围的星星，也就是通过“目测”来确定自己相对于地球的大致方位。它会定期向地球发射无线电信号，这一信号会被地球上不同地方的天线接收到。无线电也属于电磁波，它的传播速度和光一样快，但在这么远的距离，它到达不同天线的用时也会出现微小的差别。根据时间差和两个观测站之间的距离，地面站就能通过几何运算确定卫星的位置，再把这些信息告诉卫星。

自己认路

去到比火星更远的太阳系空间，无线电要用很长时间才能到达地球，甚至有可能丢失信号，航天器不能再依赖地球，而要学会自己认路。

惯性导航不依赖外部，它会根据物体自身的加速度来推算其移动方向，是航天器的得力助手。但就像你闭着眼睛走路会越走越歪那样，随着时间推移，惯性导航的误差会逐渐累积，因此需要辅助导航来校准。人类已经摸清了太阳系内行星在任意时刻的位置，并制成了星历表;航天器观测到几颗行星后，可以根据行星之间的夹角、行星和恒星之间的夹角等信息，与星历表对比，推理出自己的位置、速度等参数。朱诺号木星探测器、卡西尼号土星探测器都是利用这两种手段导航的。

聆听“星跳”

飞出太阳系之后，太阳系内的星历表也不管用了。为此，天文学家提出了一个全新的定位方法——脉冲星导航。

脉冲星是一种特殊的中子星，它在高速自转的同时，会放出X射线。只有当脉冲星磁极恰好转到对准航天器时，航天器才能收到它的X射线;这导致脉冲星的信号是一阵一阵的，就像人的心跳。

如果你留意过疾驰而过的救护车，就会发现鸣笛声在救护车靠近时会变得尖锐，车辆驶远后又变得低沉，这被称为“多普勒效应”。天体发出的电磁波也会产生这种效应，航天器靠近某颗脉冲星时，收到的X射线频率会变高，就像“心跳加速”;远离这颗脉冲星时，信号频率就会变低。这样，航天器就能判断自己是在靠近还是远离这颗脉冲星。

如果同时观测多颗脉冲星，就能让它们像灯塔那样指示方向，人们已在银河系中发现了数千颗脉冲星，因此脉冲星导航是未来探索太阳系外空间最有潜力的导航系统。著名的旅行者1号、2号探测器就记录了太阳系相对于14颗脉冲星的位置，它们都已抵达太阳系外部空间，正朝着太阳系外飞去。

新家园的星图

以上这些导航手段不是孤立的，很多时候需要联合使用。

人类向深空发展的脚步不会停止，在遥远的未来，如果人类迁居到其他恒星系统甚至其他星系，在新的行星上建立家园，我们同样能把这颗行星当作新地球，利用它的磁场、地面站以及周围行星与脉冲星绘制出新的地图，在苍茫的星海中找到航路。