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假使由太阳光驱动的光帆已成为一种高效探测太阳系的形式

归档日期:06-14       文本归类:代达罗斯      文章编辑:爱尚语录

  即使该恒星体系与咱们堪称宇宙间的近邻,但它照旧远正在4.2光年(大约40万亿公里)除外,如斯遥远的隔断,咱们有恐怕探访这个新“现身”的行星吗?

  现有的航天器由化学火箭、低推力离子推动器,以及征求应用行星重力场给太空探测船加快的所谓“引力弹弓效应”正在内的引力辅助轨道等联合饱励。若是运用古代航天器,例如现正在用于探测太阳系的呆板人探测器等,要花数万年才略达到比邻星。

  若是咱们念赶赴太阳系除外的地方,则须要速率更速的配置,例如像“代达罗斯计算”(Project Daedalus)中提到的核聚变火箭等。正在近来的报道中,美邦乐趣科学网站为咱们列出了将来有恐怕助助人类探访比邻星或其他宇宙邻人的7种方法。

  “代达罗斯计算”是英邦星际学会正在1973年至1978年间倡议的磋议计算,该计算思虑运用无人太空船对另一个恒星体系举行火速探测,其名称源自希腊神话中修筑米诺斯迷宫的工匠代达罗斯。

  该计算希冀安排出“代达罗斯”航天器——一种重达54000吨的二级核动力火箭,能将一个400吨的呆板人探测器擢升到光速的12%。如斯一来,探测器能正在50年内,也即是正在一局部的有生之年,达到隔断地球6光年远的红矮星巴纳德星(Barnards Star)。

  巴纳德星正在许众方面与科学家们最新觉察的比邻星好似:它隔断地球特别近,正正在向太阳系的倾向运转,预估公元11800年时,会距地球仅3.85光年,那时它将成为除太阳以外离地球近来的恒星。

  “代达罗斯”航天器的火箭将由核聚变供应燃料,运用电子束引爆燃料,比方氦-3,科学家们将来恐怕能够从月球轮廓开采氦-3。即使如斯,动员机照旧须要打发数万吨燃料,才略正在大约4年内到达其顶级速率(光速的12%)。然后动员时机闭上,“代达罗斯”航天器将正在茫茫太空中航行46年,末了达到目标地。由于没有留下任何可供减速的燃料,长达50年的漫长游览之后,航天器将对目标地体系举行70小时的飞掠,然后加快进入星际空间。

  英邦伦敦大学伯贝克学院行星科学教师兼太空生物学专家伊恩·克罗弗德称,“代达罗斯”航天器太大了,恐怕无法从地球轮廓升起,因而不得不正在轨道上修制,但目前咱们还不具备正在太空缔制航天器的才华。

  克罗弗德以为,即使与“代达罗斯计算”提出之时比拟,科学家们现正在对该项目背后的科学道理明了得更为透彻,但他以为,巨额的本钱以及宏大的本领挑衅很恐怕意味着,要念让好似“代达罗斯”航天器如许的配置朝恒星进发,起码须要100年。

  “代达罗斯”项目已成“昨日黄花”,取而代之的是“伊卡洛斯计算”(Project Icarus)。该计算目前正由英邦星际协会和伊卡洛斯星际构制联袂举行,参预这一项目标工程师们希冀能正在2100年之前达成星际飞舞。

  “伊卡洛斯计算”的任务是研制出能达到距地球22光年规模内恒星的航天器,此处的恒星恐怕具有宜居的系生手星。这意味着,若是某个行星被外明位于比邻星方圆,将成为这一项目标对象星球。

  克罗弗德吐露,“伊卡洛斯计算”会用新本领、新念法对“代达罗斯计算”的安排计划举行升级。科学家们创议,让核聚变火箭运用另一种分歧的核燃料,能被激光而非电子束引爆,美邦加州劳伦斯利弗莫尔邦度试验室邦度焚烧安装(NIF)的科学家们正在激光焚烧核聚变周围赢得的进取,恐怕有助于达成这一念法。

  再加上电子配置微型化、呆板人本领以及纳米本领等周围赢得的进取,“伊卡洛斯”航天器恐怕比估计重达400吨的“代达罗斯”小许众,这意味着能够率领更少的燃料。

  只是,克罗弗德吐露,咱们最好仍旧将达成星际游览的赌注压正在根底不运用火箭上。科学家们现正在正正在思虑运用光帆(运用光形成的压力饱励负载)来饱励星际太空探测器行进。比方,2010年12月8日,日本凭借太阳辐射加快的星际纸鸢“伊卡洛斯(IKAROS)”飞船,正在长达6个月的金星之旅中胜利地运用其20米宽的光帆来饱励飞船行进。“伊卡洛斯”是由日本宇宙航空磋议开采机构开采的试验性太空探测器,也是宇宙第一个胜利正在星际空间运转的太阳帆,该太阳帆的名字由日本工程师森治取名自希腊神话中的人物伊卡洛斯。

  即使由太阳光驱动的光帆已成为一种高效探测太阳系的方法,但还不敷速,无法正在合理的年光内越过漫长的星际隔断。

  克罗弗德说,处分想法恐怕是,正在游览开端,运用功用宏大的激光饱励光帆以极高的速率行进,直到航天器隔断激光源太远而无法从激光束那儿获取更众饱励力。

  因为驱动激光器将正在地球或轨道上修制,星际光帆航天器将不须要正在行程中率领燃料,因而航天器的质地会对照小。

  激光驱动的光帆航天器也是“打破摄星(Breakthrough Starshot)”计算的根源,这一计算由俄罗斯出名本领投资人尤里·米勒和英邦有名物理学家斯蒂芬·霍金于本年4月份联袂发外,旨正在于2036年前缔制出一款职业模子,扫数项目计算耗资100亿美元。

  “打破摄星”计算的对象是开采数千个装备太阳帆的纳米太空飞船“恒星芯片(StarChip)”,飞往离咱们近来的恒星系,并发回照片。每个“恒星芯片”的重量仅为几克,依靠到一个约4米宽的光帆上。光帆会从一艘位于轨道的“母船”那儿延长开来,借助地面激光器发射出来的激光,“恒星芯片”和光帆会被加快到光速的15%到20%,这将使航天器能正在20年到39年间抵达隔断地球4光年的比邻星体系。

  加州大学圣巴巴拉分校的宇宙学教师菲利普·鲁宾对“打破摄星”计算背后的观点举行了深刻磋议。他以为,这一计算面对的最大挑衅是缔制出足够宏大的激光器来驱动光帆航天器。

  除运用光帆外,任何飞船都须要率领豪爽燃料,并销耗许众能量来运送这些燃料。光帆固然处分了这个题目,但却缺乏天真性,难以举行疏忽的加快减速和轨道调动。而运用星际冲压动员机的飞船,能够不舍身天真性而处分燃料率领方面的题目,由于核聚变的燃料氢正在星际空间中各处都是,只消正在飞舞途中把它们搜罗起来,送进反响炉中就能够了。

  巴萨德星际冲压动员机这一观点由美邦物理学家罗伯特·巴萨德于上世纪60年代提出,兼具核聚变燃料的大推力以及光帆的低燃料需求这两方面。

  巴萨德冲压动员机自己并不率领任何燃料,它会运用位于太空舱前面的一个延长数千公里的漏斗形电磁场,“舀起”星际空间内极其纤细的气体和尘土——所谓的星际介质。这些星际介质中的氢气会被压缩并被用作位于太空舱后部的核聚变火箭的燃料,驱动太空舱行进。

  从外面上说,只消游览中的星际空间内存正在足够众的星际气体,由巴萨德冲压动员机驱动的航天器就能连接无间地加快行进,其行进速率恐怕特别亲密光速。由此,这种巴萨德冲压动员机成为许众科幻小说中的“常用道具”。比方,正在美邦有名科幻小说作家拉里·尼文的《已知空间》系列小说和征求《环形宇宙》正在内的短篇小说中,都可睹这种动员机的“倩影”;其余,波尔·安德森于1970年颁发的小说《T-零度》对一个失控后高速飞舞的星际冲压飞船上所发作的事故举行了描写。

  但亏损之处正在于,太阳系和邻近恒星方圆的星际介质特别少,况且科学家们仍然估算出,那里没有足够的氢气来给巴萨德动员机供应燃料。

  只是,克罗弗德证明称,科学家们仍然提出了几个计划来处分这一题目,此中征求一种所谓的“冲压巩固恒星火箭”,这种火箭运用汇集到的物质行动反响物驱动太空舱向前。

  除了上面提到的光帆、大型激光器和核聚变火箭,科学家们还提出了其他更新鲜的达成星际游览的计划。比方,由物质和反物质互相湮灭而驱动的火箭,这一措施即使暴力,但特别有用。

  只是,克罗弗德说:“反物质恐怕是一种特别好的火箭燃料,由于其能量密度极高。然而,反物质正在自然界中并不存正在,咱们务必缔制出来。然则缔制反物质难度极大、本钱极高,一朝缔制出来也极其风险。因而,谁明了反物质是否能被用作火箭燃料呢?”。

  另一个妙念天开的念法是“史瓦西球形闪电(Schwarzschild Kugelblitz)”驱动。这一驱动方法重要是正在航天器动员机内运用一个微型人制黑洞行动能量源泉。装备了所谓的“史瓦西球形闪电”驱动的飞船将捕捉微型黑洞极速且极暴力的衰变开释的霍金辐射,并将其转换成能够饱励航天器前行的能量。每局部制黑洞仅存活几年,因而新黑洞要按需缔制,科学家们恐怕能够用伽马激光器压缩物质球来缔制这种微型黑洞。

  2009年的一项磋议证明,一个由微型黑洞(质地与一艘摩登的超等邮轮相当)供应能量的“史瓦西球形闪电”驱动的恒星飞船,希望正在20天内加快到光速的10%。这一黑洞将连接大约3.5年,随后十足衰变,其终生中将输出160千兆(quadrillion)的能量。

  假使应用超速火箭,以光速的相当之一或更火速率行进,人类也须要几辈子才略达到近来的恒星。即使克罗弗德声援人类索求太阳系,但他也吐露,星际隔断太遥远,正在数百年内,人类恐怕都无法达成星际游览。

  他说:“我以为,人类能比呆板人更高效地探测行星,将人送往太空能扩展咱们的体验规模并丰厚人类的文明,这悉数也实用于星际标准,只是星际之间的隔断如斯遥远,况且本领贫穷太大,因而咱们现阶段很难达成。”。

  即使如斯,科学家们也提出了所谓的“慢船”观点,这些念法将来某一天或能将人类送往其他星系。

  其一是“睡船”。正在这种船上,人类宇航员正在漫长的星际旅途中,处于“深度睡眠”或“假死”形态。这一念法已正在众部科幻小说中呈现,此中征求1969年上映的《2001:太空漫逛》、1979年上映的《异形》以及2009年上映的《阿凡达》等。

  其二是宇宙船舶,也称为是下一代船舶或者星际方舟,它将是宏大的能自给自足的太空栖息地,船上载有许众来自地球的人和物种,会正在一个相对来说对照满意惬意的行程中赶赴系生手星。这段行程恐怕须要数个世纪才略竣事,最初的一代或几代人恐怕“出师未捷身先死”,惟有其子孙才略达到目标地。

  第三种计划是胚胎飞船,它会将低温冰冻的人类胚胎而非活人送往遥远的殖民星球,一朝达到目标地,这些人将“破壳而出”,而且由呆板人“保镖”对其举行培植。

  爱因斯坦的时空外面以为,有质地物体的运转速率不恐怕赶上光速。但墨西哥外面物理学家米给尔·阿库别瑞正在1994年提出了通过“曲速驱动(Alcubierre drive)”道理打制的阿库别瑞引擎,装有该动力体系的宇宙飞船可应用爱因斯坦方程中分外的时空“缝隙”变成展延空间,从而避开宇宙中任何物体的运动速率都不恐怕比光速速的定律。

  阿库别瑞设念的“曲速驱动”方法是正在一艘形势似足球的宇宙飞船外变成一圈宏大的环,该环须要分外的本领缔制,其功用是使飞船外部的时空弯曲,并盘绕着飞船变成一个曲速泡。

  旧年曾有报道,美邦邦度航空航天局(NASA)的一名磋议职员称,他们仍然胜利地正在高真空中举行了电磁驱动试验,达成曲速引擎的运用,这意味着有朝一日能让人类以超光速的速率遨逛太空。

  另一个“超光速”观点是应用跨维度的虫洞,这一观点从外面上来说也是可行的,但目前还不存正在。正在2014年上映的影戏《星际穿越》中,土星邻近秘密地呈现了一个虫洞,这条穿越时空的地道通向一个遥远的星系,人类能够穿过这条地道,找寻一个能够殖民的星球,以延续咱们的文雅。

  即使如斯,克罗弗德夸大称,这一超光速游览的观点充塞着未知但明明的悖论,比方违背了因果律等。因果律称,事情由发作正在此前的其他事情所酿成,而不是相反。因而,即使从本领上来说,这一观点能够达成,但结果恐怕声明,其根底不成行。

  固然以上诸众念法有些仍然夭折,有些小荷才露尖尖角,有些令人感到匪夷所思,十足还正在孵化阶段,但不管怎么,人类集众年常识和智力积攒的“洪荒之力”,将来终有一天会达成这个伟大的梦念:赶赴其他星球,找寻地球失散众年的“兄弟”或正在此创修新的俊美家乡。

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