飞往比邻星预备加快到近光速

放大字体  缩小字体 2019-11-29 11:56:58  阅读:8460 作者:责任编辑NO。郑子龙0371

咱们正准备把国际飞船送到4光年外的另一个恒星体系。

假设你这一刻脱离地球,以光速飞翔,你会在读到这句话结束之前抵达月球;到太阳,则需求8分钟。

要抵达离咱们最近的恒星系——比邻星(或叫半人马座),以光速飞翔,需求4年3个月左右时刻;乘最快的火箭,也至少需求8万年。

可是,一项雄心壮志的方案打算在未来10年到20年内,把人类的国际飞船发射到比邻星;它们将以挨近光速飞翔,20年内抵达目的地。该方案由美国硅谷亿万富翁尤里·米尔纳赞助,是在2016年4月的一次有已故物理学家霍金到会的新闻发布会上宣告的。

这个“打破摄星”方案曾引起国际上广泛的重视。假设成功了,或许是人类有史以来最雄心壮志的方案。不过很多人打赌,这仅仅一些人心血来潮算了,很快就会消声匿迹的。现在3年过去了,该方案究竟怎么样了呢?

“打破摄星”方案的幻想

在国际中,恒星之间的间隔动辄是以光年计的,要想在人类的有生之年抵达另一个恒星系,需求以挨近光速飞翔才成。但能把航天器推进到挨近光速,现有的技能十分有限。

尽管技能有限,但科学家并没有抛弃。事实上,几十年来对航天器的动力只需一个挑选——光帆。正如迎面吹来的风能够对帆施加压力,然后推进船舶,光束也能够驱动物体运动。把航天器制作得满意轻,上面绑一块帆,用强壮的光源对着它照耀,在基本上没有任何阻力的太空,就能将它加快到相当大的速度。

艺术家幻想中的“打破摄星”方案。

太阳帆就为了运用太阳光而规划的,17世纪德国天文学家开普勒在给伽利略的信中最早提到过这一主意。可是,要想将物体加快到挨近光速,太阳光仍是太弱了,咱们应该用能量比它强数百万倍的激光。

“打破摄星”方案的幻想是:在盘绕地球的轨迹上安置数百艘小型国际飞船,每艘都配备有一个光帆以及记载、传输信息所需的最少硬件。在地上则安置一个巨大的激光阵列。激光束将聚集于航天器的光帆上,将它们加快到光速的五分之一(大约每秒6万千米)——这个速度是传统航天器的数千倍。20年后,这些飞船将抵达比邻星,到时向咱们发回有关该恒星体系中或许适合寓居的行星的图画。

要完成这个方案,在技能上面对许多应战:有必要创造一种能接纳千兆瓦激光而不自燃的资料;有必要制作出满意轻但又满意精细的电子设备,能将图画发射回4光年外的地球;还要保证地球上的激光准确击中小光帆,让它们以极快的速度从地球加快脱离,飞往目的地;最终,还有必要制作一个巨大的电源,为激光发射器供给电力。

下面来看看参加该方案的科学家团队将怎么战胜这些技能妨碍。

技能上巨大的应战

团队面对的首要任务是制作一种轻质的光帆。“打破摄星”方案要求光帆的覆盖面积大约10平方米,但分量不超越1克。这在某种程度上预示着它的厚度小于100纳米,只及蜘蛛丝直径的几十分之一。出产这种薄纱状的膜在技能上是彻底可行的,但要保证它在强激光的照耀下不被烧掉,却是一个巨大的应战。

关键是,资料简直不能吸收任何入射光,而是像镜子相同把光反射掉。现在最亮的金属能将99%的入射光反射掉,而“打破摄星”方案中运用的光帆需求反射超越99.999%的入射光。制作光帆的资料要一起满意低密度、高反射率和低吸收率。现在满意这些条件的有三个候选者:一个是二氧化硅(也便是石英);第二个是二硫化钼;第三个是金刚石。当然,这些资料都要切割成薄膜状。假设选用金刚石资料做光帆,幻想一下,天空中飘着一颗颗大“钻石”,那将是十分壮丽的。

科学家们正在紧锣密鼓地对这些资料进行研讨,估量下一年左右会有成果。

与此一起,激光阵列的制作也取得了发展。“打破摄星”方案需求一个功率约60千兆瓦的电力体系,相当于20个核电站,相比之下,一支一般激光笔功率大约是5毫瓦,而一束足以让飞翔员晃眼的激光只需求几瓦的功率。

激光照耀安置在地球轨迹上的小型国际飞船,将其推离轨迹,在10分钟内使其加快到光速的五分之一,之后就不需求激光推进了。以这个速度,飞船将在20分钟后飞越火星,7小时内通过冥王星,20年后抵达比邻星。

科学家开始的幻想是制作一台巨大的激光器,但后来发现制作一组较小的激光器阵列好像更可行。其原理是,将每个激光器制作的“小”激光通过屡次反射、折射后,兼并成一束“大”的激光束,再发射出去。制作激光器的技能是老练的,现在需求处理的是怎么将一束束激光准确兼并的问题。

接下去就将制作国际飞船。这些微型飞翔器上要求装一个电源、一个用于航向批改的微型推进器、一架相机以及一个将这些图画传回地球的强壮发射器,但每个飞翔器的总质量不能超越1克。

要完成这一点绝非易事。不过,好在咱们已有才能制作质量为克量级的微型人造卫星。现在的首要妨碍是怎么让信号发射回地球,这或许需求在地球上树立一个巨大的信号接纳站,别的还要在微型国际飞船上装置一个高功率的信号发射器。

战胜这些困难或许需求10到20年左右的时刻。

打响星际战役的榜首枪?

这些小飞船在太空中要周游20多年,途中要通过许多小星系,或许会遇到许多不知道的风险,加上小飞船速度又快,很难防止一些想不到的险情,其最大的风险是撞上小行星。在太阳系内,这还好办,一方面这些小飞船自身带着有微型推进器,能够及时改动航向;另一方面还能够用地上的强激光炮击小行星,将其推开。但要是太远了,就没辙了。地球上的激光够不着,飞船又不能跟地上进行实时通讯(由于信号来回说不定就要好几个月),所以航向也不能及时纠正。在这种情况下,它们就只能听其自然了。好在小飞船一次发射数百艘,只需最终有一艘顺畅抵达即可,所以即便半途大多数“罹难”,也不要紧。

“打破摄星”方案的一项重要任务是实地考察另一个恒星体系以及那里适合寓居的行星国际。2016年,天文学家发现了盘绕恒星半人马座运转的一颗系外行星——比邻星b,它是离地球最近的系外行星。这一发现一度让参加该方案的科学家大为振作,但后来的研讨标明,恒星半人马座很简单发生激烈的X射线爆和紫外线爆,所以其行星比邻星b不太或许适合寓居。

尽管如此,一些人以为,人类的飞翔器一旦进入星际空间,将更简单发现和接纳外星人的信号,所以将大幅度提高与外星生命触摸的时机。

但要不要跟外星人触摸,这自身又是有争议的问题。包含霍金、马斯克(美国私家太空探究公司SpaceX的CEO)和科幻作家刘欣慈在内的许多名人都正告说,跟外星人触摸有很大的风险性。由于从国际规模来看,人类文明纷歧定是第一流的;假如外星文明比咱们更强壮,外星人发现咱们之后,把咱们当作低一级物种来看待(就像欧洲殖民者当年把美洲印第安人当作野蛮人),地球上的人类或许面对着被役使乃至种族灭绝的风险。

而人类在星际空间的活动恰恰或许会提示不友好的外星人注意到咱们的存在,并走漏了咱们的藏身之处——地球——的方位。“打破摄星”方案的反对者乃至以为,该方案自身即可被视为一种战役行为:一个微型舰队穿越星际空间,企图寻觅未来的殖民地。

但支持者却以为这种主意是荒唐的。他们说,任何先进的外星人或许早就从咱们数十年来散播到太空的播送、电视等无线电波中了解到咱们的存在,咱们的藏身之地早已走漏出去。再说,咱们的宇航飞船做得那么小,飞得又那么快,即便存在技能先进的外星人,也很难被他们发现。

放下跟外星人触摸是祸是福的争辩,“打破摄星”方案的含义在于,它是继阿波罗探月方案以来人类最雄心壮志的太空探险方案,假设获得成功,那将是一个了不得的成果。

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