天聞?lì)l道
實(shí)習(xí)記者 于紫月
“先進(jìn)的文明可能更傾向于使用電帆，而非光帆。”
近期，美國(guó)哈佛大學(xué)理論與計(jì)算研究所研究人員亞伯拉罕·勒布針對(duì)這個(gè)很多人都好奇的問(wèn)題向外媒做了解答。勒布與美國(guó)佛羅里達(dá)理工學(xué)院航天物理與空間科學(xué)系研究人員馬納斯維·林加姆合作研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)恒星附近，電帆是比光帆更好的推進(jìn)系統(tǒng)。
少工質(zhì)推進(jìn)航天器是潛力股
“目前大多數(shù)航天器依賴(lài)于噴氣推進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)大量氣體高速?lài)姵霎a(chǎn)生反作用力，即推力。然而，如果航天器想要沖出太陽(yáng)系，走向更廣袤的星際空間，這種高度依賴(lài)工質(zhì)的推進(jìn)方式顯然并不經(jīng)濟(jì)劃算，遠(yuǎn)航能力也受自身攜帶的燃料量限制?！苯?，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院副教授謝侃在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
工質(zhì)，即實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，也可看成是推進(jìn)劑或燃料。如果想要擺脫工質(zhì)的限制，就要想辦法從空間環(huán)境中“汲取能量”，提高續(xù)航能力。
謝侃告訴記者，近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者將目光投向了少工質(zhì)甚至無(wú)工質(zhì)推進(jìn)方式，包括早已應(yīng)用的光帆以及“新生代”的磁帆和電帆。
光帆的概念由來(lái)已久，早在上個(gè)世紀(jì)20年代就有人開(kāi)始思考怎樣“馭光而行”。如今，光帆已然在航天器中成功應(yīng)用，如美國(guó)的地球衛(wèi)星“光帆2號(hào)”、日本的宇宙探測(cè)器IKAROS等。光帆的工作原理大體為，太陽(yáng)輻射出的光子撞擊光帆表面的金屬鍍層時(shí)被反射，實(shí)現(xiàn)動(dòng)量交換，給予航天器飛行的動(dòng)力。
除了光子，太空中還普遍存在著等離子體。等離子體是帶有相同電量的正電荷和負(fù)電荷粒子組成的一個(gè)整體，總體呈電中性。
上世紀(jì)90年代，有學(xué)者打起了等離子體的主意，提出了磁帆的概念——利用太陽(yáng)輻射出的帶電粒子在固定磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)而將部分動(dòng)量傳遞給航天器以獲得加速度的一種推進(jìn)方法。
21世紀(jì)初，電帆的思路隨之問(wèn)世。學(xué)者設(shè)計(jì)的電帆外形與光帆、磁帆中常見(jiàn)的平板狀帆板不同，最開(kāi)始是漁網(wǎng)狀，如今更傾向于傘骨狀。電帆的主體結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)電鋁線(xiàn)的“繩子”構(gòu)成。每條鋁線(xiàn)上都帶有電荷，通過(guò)與空間中的帶電粒子的相吸相斥原理產(chǎn)生動(dòng)力。
隱蔽性和續(xù)航性同時(shí)兼顧
光帆尺寸大，動(dòng)輒幾十公里，且受限于光子，在遠(yuǎn)離恒星的區(qū)域或被其他天體遮蔽的陰暗處，光帆能發(fā)揮的推動(dòng)作用就極其有限了。相比而言，磁帆和電帆更具有深空航行的潛力。畢竟，空間中幾乎所有區(qū)域都有帶電粒子的身影。
謝侃也認(rèn)同外星文明或許更傾向于電帆的觀(guān)點(diǎn)。
“外星人存在嗎？他們?cè)谀睦铮俊边@是天文學(xué)界乃至人類(lèi)一直努力尋找答案的問(wèn)題。費(fèi)米悖論指出，科學(xué)推論可以證明，外星人的進(jìn)化要遠(yuǎn)早于人類(lèi)，他們應(yīng)該已經(jīng)來(lái)到地球并存在于某處；然而迄今為止，公開(kāi)資料表明人類(lèi)并未發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)外星人存在的蛛絲馬跡。
“會(huì)不會(huì)是外星人曾經(jīng)來(lái)過(guò)，卻并未被我們發(fā)現(xiàn)？沒(méi)有人知道答案?！敝x侃告訴記者，至少我們現(xiàn)階段認(rèn)知范圍內(nèi)的光帆應(yīng)該不是外星文明的最佳選擇。光帆的續(xù)航能力暫且不論，反射光子的工作原理就注定了以光帆為主動(dòng)力的航天器無(wú)論走到哪里，都像是一面巨大的鏡子——光燦燦、明晃晃。如果外星文明進(jìn)化更早、曾經(jīng)掠過(guò)地球，那我們不可能發(fā)現(xiàn)不了；如果外星文明尚未進(jìn)化成我們現(xiàn)有的水準(zhǔn)，那么在探測(cè)其他文明時(shí)，未證實(shí)對(duì)方是敵是友之前，想必也不會(huì)采取如此“高調(diào)”的方式。
相比而言，電帆和磁帆就隱蔽很多。“尤其是電帆，幾乎不會(huì)向周?chē)l(fā)射明顯的可探測(cè)信號(hào)，是個(gè)名副其實(shí)的空間‘影子’?！敝x侃說(shuō)。
然而，平均1立方厘米空間中僅存在5個(gè)帶電粒子的稀薄程度也讓人們對(duì)電帆的速度擔(dān)憂(yōu)。眾所周知，宇宙的距離動(dòng)輒以光年計(jì)量，這意味著航天器的速度要達(dá)到光速的量級(jí)，航行時(shí)間才能與人類(lèi)短暫的壽命相匹配。要知道，人類(lèi)歷史上第一艘星際空間探測(cè)器“旅行者1號(hào)”從發(fā)射升空到飛離太陽(yáng)系花了整整35年。
稀薄的帶電粒子決定了電帆需要大量的時(shí)間加速。林加姆表示，電帆通過(guò)反復(fù)接近恒星最終可以達(dá)到0.1倍光速，但他們估計(jì)，這需要在100萬(wàn)年的時(shí)間里“遭遇”1萬(wàn)次，但從人類(lèi)壽命的尺度上看，100萬(wàn)年太漫長(zhǎng)了。
“如果宇宙中存在長(zhǎng)壽物種，那么電帆就是一種相當(dāng)方便和節(jié)能的方式，可以在數(shù)百萬(wàn)年的長(zhǎng)時(shí)間段里探索銀河系?！绷旨幽氛f(shuō)。
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