比起光帆,，外星人或許更喜歡電帆
發(fā)布日期： 2019-12-12 供稿：科技日?qǐng)?bào)
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“先進(jìn)的文明可能更傾向于使用電帆，而非光帆,?！?/p>
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)航天器依賴于噴氣推進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī),，通過大量氣體高速噴出產(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,，越來越多的研究者將目光投向了少工質(zhì)甚至無工質(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,。
光帆的概念由來已久,，早在上個(gè)世紀(jì)20年代就有人開始思考怎樣“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，電帆的思路隨之問世,。學(xué)者設(shè)計(jì)的電帆外形與光帆,、磁帆中常見的平板狀帆板不同，最開始是漁網(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)電鋁線的“繩子”構(gòu)成。每條鋁線上都帶有電荷,，通過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點(diǎn)。
“外星人存在嗎,？他們?cè)谀睦?？”這是天文學(xué)界乃至人類一直努力尋找答案的問題。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，他們應(yīng)該已經(jīng)來到地球并存在于某處,；然而迄今為止,，公開資料表明人類并未發(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)來過，卻并未被我們發(fā)現(xiàn),？沒有人知道答案?！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,?！坝绕涫请姺瑤缀醪粫?huì)向周圍發(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’,。”謝侃說,。
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。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)間才能與人類短暫的壽命相匹配,。要知道,，人類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100萬年的時(shí)間里“遭遇”1萬次,，但從人類壽命的尺度上看,，100萬年太漫長(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)百萬年的長(zhǎng)時(shí)間段里探索銀河系?！绷旨幽氛f,。
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