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太空船能飞多快?新研究:可藉超新星爆炸力达到相对论速度

2024-11-02 206


星际旅行听起来很美妙,然而真到实际面时,就会发现太空船飞行速度是个硬伤。然而现在,2 名哈佛大学天文学家已确认一种方法,可以利用超新星爆炸这种自然现象来让太空飞船达到接近相对论速度:就像帆船利用风前进,太空飞船也可以利用超新星爆炸产生的能量来前行。

我们知道火箭发射成本相当高昂,光是要将有效载荷投入低地轨道,成本就高达每磅 1 万美元,因此总重量必须锱铢必较。其中,有效载荷(太空探测器、卫星等)重量贡献值最多的就是推进剂燃料,因此科学家一直在研发不需引擎和推进剂的新型推进系统,尤其是光帆、磁帆和定向能量器(激光)技术。

目前,最负盛名的太阳帆为突破摄星(Breakthrough Starshot)计划所开发的星片(StarChip)光帆飞行器,其速度能加速至光速的 20%,预估飞抵半人马座(内含距离太阳最近的恒星“比邻星”)仅需 20 年。

只不过,光帆原理是利用太阳光子反射所产生之极微弱辐射压来推动帆片,虽然不用耗费燃料,但需数月时间才能累积足够加速度。哈佛大学天文学家 Abraham Loeb 于是思考起,宇宙中还有什么东西可以更快加速光帆,一种比太阳更亮的光源?超新星可以吗?

在对超新星进行详细计算后,Abraham Loeb 发现 1 颗超新星产生的能量与亮度,相当于 10 亿个太阳花 1 个月产生的能量,太阳风只能将光帆推动到光速的千分之一,但超新星可以轻易地将光帆加速到光速的十分之一,若能有策略性地将光帆探测器放到超新星附近,将可借助超新星爆发的能量将探测器提速至接至相对论速度。

当然,这种方法的缺点也很明显:第一,时间。超新星在整个宇宙中不仅很罕见,科学家更无法准确预测它们,想利用恒星爆炸威力来达成目标,不只需要做出极准确的估算,还要等待相当长的一段时间。

其次是帆片必须由高反射率的材料制成,以避免吸收过多来自超新星的热量而烧起来。此外,帆片也要先处于折叠状态直到超新星爆炸为止,否则辐射压会将光帆探测器推离预定地点。

第三,必须谨慎选择光帆探测器的加速路径,以将与大物体碰撞的风险降到最低;最后,光帆探测器的防护构造需要非常坚固,若速度真被加速至接近相对论速度,则只要迎面撞上一颗小石头般的颗粒,都能直接让探测器报废。

假如银河系内真的存在其他比地球还要高等的文明,那么也许会有成群光帆探测器正围绕着垂死恒星,耐心地等待它们爆炸。

  • Riding the Wave of a Supernova to Go Interstellar
  • Spaceship could surf supernovas across universe at nearly LIGHT-SPEED, Harvard study proposes

(首图来源:NASA)

延伸阅读:

  • NASA 工程师设计出无需燃料、还可加速至接近光速的太空引擎
2020-03-04 23:20:00

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