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超新星网站*科技频谈*天下天文

发布日期:2024-07-09 07:45    点击次数:84

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如何飞向半东谈主马座?

  恒星际天下飞翔,直到今天仍仅仅科幻演义、电影中的情节。刻下为数不少的科学家运行探讨这种可能性,并入部属手设计天下飞船。天然,他们中一些东谈主仅仅念念绪万千,兑现的可能性不大,可是讹诈反物资和激光束等来兑现恒星际天下飞翔的遐想,翌日很有可能成为试验。

  好意思国物理学家杰拉德·史姑娘近十几年来一直在追寻反物资,尽心灌输于用磁场把反物资“囚禁”于一种罕见容器中。史姑娘此举的指标是讹诈反物资,将反物资当作燃料用于亚光速天下飞船。依靠最新的技艺效果,以为兑现恒星际天下飞翔是可能的科学家不单史姑娘一东谈主,他们建议了从搭载原子反映堆、反物资反映堆的载东谈主飞船,到讹诈激光束和粒子束加快到亚光速的探伤器等形描摹色的决策。

  讹诈航天飞机不可兑现恒星际天下飞翔

  如果前去离太阳最近的半东谈主马座γ星的恒星际天下飞翔能够得胜,咱们就能得到解开天下年级等天下之谜的宽广印迹。可是航天飞机这样的化学燃料火箭加快度为1.7g,也就是惟一地球重力1.7倍的加快才略。使用航天飞神秘用10年时辰到达4.3光年之遥的半东谈主马座γ星,必须持续加快两个月以上,这是不可能的。为了持续加快两个月,航天飞机就得装载更多的燃料,这使它的分量之大以致压根离不引诱射台。

  不仅如斯,为了用10年时辰到达半东谈主马座γ星,必须保管0.5倍以上的光速,联系词跟着接近光速,等在前边的一个难关便出现了,这就是“爱因斯坦狭义相对论”指出的速率越快质地越大的规章。当速率达到光速的0.75倍足下时,质地将变成1.5倍。由于质地增大鼓励力即使加大也无法加快,是以航天飞机必须造得尽可能轻些。

  在恒星际天下飞翔的情况下,需要的能量与今天的一般飞翔比拟简直是天壤之比。如果要让载东谈主天下飞船以三分之一的光速飞翔,就需要特别于让全世界发电厂责任几年的能量。如果继承原子反映堆,单元质地燃料的鼓励力将增大1000万倍。表面上说,不错期待的观点是用激光束照耀核燃料在燃烧室内发生核聚变反映。可是为此就得建造特别复杂的反映堆,技艺上是十分贫窭的。基于上述意义,压根不可有计划使用化学燃料火箭去兑现恒星际天下飞翔。

  对反物资的期待与试验

  杰拉德·史姑娘以为,反物资能够带来贬诽谤题的观点。反质子和正电子一类反物资,就存在于物理学家的身边。在多样种种的粒子中,存在着一类除电性相悖而具有共同性质的反粒子,多样成对的粒子与反粒子一朝再见,在开释出γ射线和π中间子及极大能量的同期将鸡飞蛋打。杰拉德·史姑娘注意到成对的粒子与反粒子隐匿机开释的极大能量,表面上说,粒子与反粒子隐匿机产生的能量是核裂变和核聚变的100倍。要把一般质地为1000千克的天下飞船加快到0.1倍光速,经狡计只需9千克的反物资燃料就够了。不外情况并不这样乐不雅。

  问题之一是,如何才能把反物资富集起来。杰拉德·史姑娘在其中从事贪图的位于瑞士日内瓦的欧洲核子贪图中心,在那儿的巨型加快器中,10分钟里产生10亿个反质子。联系词反质子以0.1倍光速(不可念念议的高速)飞迸,要捕捉住它们来之不易。史姑娘在反质子的前线缔造全金属箔温存体,以裁减反质子的速率,力求将反质子闭塞在一个用磁场组成的容器内。如果他得胜了,10分钟里就能富集到100万个足下的反质子。缺憾的是,100万个反质子当作火箭燃料委果是杯水舆薪微不及谈,况兼这项责任得不绝反复进行,即便如斯仍存在两个难题。

  领先,反物资是带电性的粒子,彼此会产生扬弃力,反物资的密度越高,用来拘谨反物资的磁场强度就越大,这就需要能让磁场强度之大超乎设想的超导材料,于是杰拉德·史姑娘猜度,让反质子与质子勾搭“制造”反氢原子,由于反氢原子不带电荷,就不需要造成超强磁场的超导材料了。

  1996年1月,德国、意大利、瑞士等国科学家组成的国外贪图小组秘书,他们讹诈欧洲核子贪图中心的加快器,得胜地制造出反氢原子。他们让反质子以高速明白,与氙气碰撞产生电子和正电子,在正电子与反质子速率特别的情况下,就能组成反氢原子。在他们的实验中,反氢原子约存在了40纳秒(1纳秒为十亿分之一秒)。

  其次是数目的问题。即使建造高遵守、领域高大的反物资出产厂,要出产1克反物资就需要长得异乎寻常的时辰。前边提到的国外贪图小组在欧洲核子贪图中心制造反氢原子,在三个星期的实验中只制造出9个,即使有了杰拉德·史姑娘建议的10年内概况能问世的体式,每年也只可出产出1微克反物资,要把9千克反物资火箭燃料弄笔直,必须得90亿年。

  90亿年后,东谈主类策画前去的指标地恒星还存在与否皆不好说了。看来只讹诈反物资让火箭飞翔的念头得肃清了。杰拉德·史姑娘又建议,能否把反物资讹诈于核裂变和核聚变反映呢?如果讹诈反物资就能兑现安装的袖珍化,让火箭便于搭载。讹诈反物资一语气几天激勉每秒钟一次特别150吨TNT当量的小爆炸,三年时辰就不错把载东谈主天下飞船奉上冥王星。

  用太阳帆不可能兑现太阳系外飞翔

  杰拉德·史姑娘的遐想说到底,皆是依靠使用燃料的火箭兑现恒星际天下飞翔。对他的遐想建议质疑的东谈主们中有一个东谈主即是波普·佛沃德。波普·佛沃德受好意思国航空航天局的托福,进行讹诈反物资可行性的贪图。反物资火箭必须使搭载的反物资发生反映,将超高温能量向火箭后方喷出。波普·佛沃德的论断是,对反物资火箭来说,火箭的质地和发动机的耐热性是压根问题所在。

  1960年,佛沃德第一次建议了撑开高大的铝箔制成的帆,讹诈太阳风鼓励飞翔──“乘坐”从太阳不绝喷发出的带电粒子流,也就是“坐蹭车”的“太阳帆”的构想。可是讹诈太阳帆在恒星际间飞翔存在紧要的瑕玷。离开太阳系后,带电粒子流便变得澹泊,天下飞船在“无风”的状况下会停驶,讹诈太阳帆前去其他恒星昭着是不可能的。

  对激光束寄以厚望

  稍后,佛沃德了解到讹诈红宝石产生的激光比太阳光更亮堂,于是他又产生了一个新念头:用激光束饱读起天下飞船的光帆由此赢得鼓励力。由于激光束险些不会发散,激光束不错从太阳系中射出,是以能够推论必要的操纵和不停,设置的更新也有了可能。更紧要的是,天下飞船再莫得搭载燃料的必要了,天下飞船便能造得更轻。在加快到亚光速的情况下,天下飞船的质地不大是一个相等大的上风。

  为了把天下飞船送至半东谈主马座γ星,得用激光束加快约一年,使天下飞船的速率达到光速的三分之一足下,而后割断激光束,天下飞船转入惯性飞翔。在接近半东谈主马座γ星时,光帆的外圈逐次断开,造成齐心圆状的三部分,把光帆的最外侧移至天下飞船的前部,同期再次放射刚毅的激光束,于是天下飞船后部的光帆便被罩在强光之中,天下飞船便赢得了制能源。天然,来自天下飞船死后的激光束仍照耀在光帆上组成鼓励力。可是天下飞船外侧的光帆面积是内侧两个光帆面积的9倍,制能源比鼓励力起到更大的作用。对半东谈主马座γ星的探伤纵脱准备踏上归程,处在中间的环状光帆被取下,此时光帆仍在反射激光束,并使天下飞船赢得与来路相悖的鼓励力得以飞返地球。

  高大光帆的遐想试验吗?

  好意思中不及的是,天然具有无用搭载燃料的优点,可是天下飞船依靠激光束赢得的鼓励力委果小得于事无补,于是优点便被这瑕玷对消了。要讹诈激光束来兑现恒星际飞翔,就必须有更强有劲的激光束,光帆也必须大得超出设想。

  佛沃德以为,在水星轨谈上讹诈太阳能缔造约1000台激光放射安装,如果把这些激光束用巨型安装合为一股,那么不引诱巨型激光放射安装也行。不外要赢得必要的鼓励力,逸想的激光放射安装要比刻下讹诈太阳能的激光放射安装刚毅1000亿倍!况兼还得在土星近邻缔造高大的透镜,以校阅激光束的发散。光帆的直径必须达到1000千米之巨,果然一个想入非非的运筹帷幄。可是佛沃德说,若不从大处落墨就会一事无成。

  关于佛沃德的明志励志,好意思国明尼苏达大学的数学家埃得·贝尔布鲁诺说了这样一番话:“即使让质地为1000千克的无东谈主探伤器飞翔,就需要直径1000千米的光帆和高大的透镜,这不外是念念绪万千。”

  粒子束对单程飞翔有用?

  贝尔布鲁诺强调,讹诈激光束的遐想存在难以贬责的难题,他更温雅粒子束。重粒子,比如质子,它莫得光的速率却有质地,关于鼓励力而言,有质地的质子比莫得质地的光子更有用。

  建议“粒子束遐想”的是霍普·萨普林和达纳·安得留,他们说,天下飞船的光帆继承超导体制成的巨环更有用。超导体环可造成面包圈状的磁场,粒子束射向磁场就会产生鼓励力。可用在小行星上缔造的核聚变反映堆,超高温加热而等离子体化的气体,向一定标的喷射赢得粒子束。

  粒子束的污点是很容易扩散──由于粒子之间彼此碰撞使粒子束扩散,距离增大遵守就会裁减,可是仍比激光束更具鼓励力。阐明安得留的狡计,他的“粒子束遐想”只需使用佛沃德构想所需能量的六分之一,就能把载东谈主天下飞船加快到三分之一的光速。不外,他也遭受了难题──天下飞船的乘员必须耐受高达1000g的加快度。

  在“粒子束遐想”中还有一个紧要的不及,前去恒星这样远处的所在,压根不可能传递能量,也就是说有去无回。安得留自信地说,虽说是“自尽”,猜想也曾会有志愿者的,毕竟有了新发现,不错用他的名字定名。不外,安得留被怀疑有“闭塞懦弱症”的倾向,他本东谈主就怕是不会去当志愿者的。

  余下的难题和形描摹色的构念念

  贝尔布鲁诺对持以为,刻下用粒子束发送无东谈主探伤器是可能的。贝尔布鲁诺刻下正在构想针尖大小的探伤器,淌若探伤器惟一1克质地,以亚光速飞翔,质地就是加多也不是什么大不了的事。可是针尖这样小的东西淌若丢失不见了如何办呢?能在那上头搭载通信安装什么的吗?难题不少。

  此外,也有东谈主建议了讹诈聚拢黑洞和白洞的“虫洞”,以及使用反重力让时辰发生逶迤高速挪动等决策。近来形描摹色丰富多采的决策更是论千论万。就东谈主类刻下的科技水平而言,恒星际天下飞翔实质上是不可能的,这也讲解,咱们还莫得掌抓能兑现这一瞎想的具体学问和技艺,东谈主类还得像以往那样探索特别长的时辰。