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星际旅行并非科幻片描述那样简单

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发表时间:2018-05-27 18:55

星际旅行并非科幻片描述那样简单

2018-05-25 09:37 来源:科技日报 

  科幻作品中的太空旅行者经常利用曲速引擎前往遥远星球。人类能够实现超光速飞行吗?

  虽然专家们一直在研究星际旅行的设想,但也警告称,我们对超光速飞行的期待可能过高。科幻小说作家、致力于研究星际推进系统的美国宇航局科学家杰弗里·兰迪斯表示:“绝大多数科幻作品的问题在于,将难度超乎想象的超光速飞行描绘得过于简单。”

  利用纯粹能量加速一艘飞船需要耗费大量的推进剂,最终会遭遇光速屏障。根据爱因斯坦的广义相对论,随着速度接近光速,物体的质量将变得无限大。换句话说,飞船无法在物理层面进行光速飞行。

  但星际旅行仍具有可行性。据我们所知,最明智的选择是将目光锁定本地宇宙。距离太阳系最近的恒星系统是半人马座α星,一个三合星系统。2016年,科学家在半人马座α星系统的比邻星(一颗红矮星)适居区发现一颗类地行星。

  如果以光速飞行,我们只需短短4年时间就能达到半人马座α星。但如果速度较慢,这个恒星系统仍遥不可及。因此,我们需要速度更快的推进系统。

  1998年,兰迪斯的一项星际旅行设想获得美国宇航局“创新先进概念”计划(NIAC)的资助。兰迪斯表示,他的想法虽然行得通,但如果不能制造出微型飞船,便无法在短时间内抵达半人马座α星。他在接受太空网采访时说:“我们的唯一选择就是派遣微型探测器。探测器的尺寸越小,速度越快,如此才有可能在几十年内抵达这个距我们最近的恒星系统。”

  另一个选择是核聚变。2012年NIAC提议将目光聚焦核聚变火箭,用于快速前往火星或者其他星球。这项提议由华盛顿大学的约翰·斯隆提出。上世纪70年代,英国行星际协会也将目光投向核聚变,实施了“代达罗斯计划”。在这项计划的基础上,伊卡洛斯星际旅行协会继续进行研究。伊卡洛斯的目标是,在2100年前设计出一艘采用核聚变技术的星际飞船。问题是,当前的核聚变反应堆效率低下,消耗超出产出。

  伊卡洛斯协会前主席理查德·奥伯塞在接受太空网采访时表示:“我们至少能够制造热核弹,聚变反应堆技术也不断取得进步。如果齐心协力,我们有望在几十年后让这个梦想成为现实。”

  其他可能性包括离子推进系统和核电推进器,前者利用电加速离子,后者虽然推进力很少但燃效更高。为了提高飞行速度,科学家提议打造反物质发动机,利用反物质与正常物质之间的交互,推动飞船高速飞行。不过,这项提议面临巨大挑战,不仅要产生大量反物质,同时还要确保在需要的时候产生爆炸。如何获取反物质至今仍是一个未知数。一旦反物质与物质相遇,二者相互湮灭,同时释放巨大能量。

  除了上述超前方式,我们也可以利用化学燃料火箭这种传统手段。当前的火箭主要利用液态氧和液态氢作为燃料,将航天器送入太空。如果能够产生足够的推进力,飞船的速度可以达到光速10%。虽然按照宇宙的标准,这一速度并不算快,但也足以让我们进行星际旅行。奥伯塞指出,单级火箭进行光速飞行所需的质量超过已知宇宙的质量总和。虽然多级设计能够缓解这个问题,但由此得知,利用化学燃料火箭来做光速飞行是一个不切实际的选择。

  兰迪斯和奥伯塞指出,如果能够找到进入星际空间的理想方式,人类将获得大量益处,不仅能够进一步加深对宇宙的认知,甚至能够让半人马座α星之旅变成一次短途旅行。星际旅行能够为人类找到一个“备用家园”,一旦太阳系不适于居住,我们可以迁往另一颗星球,继续繁衍生息。此外,科学家也将有机会对星际介质(恒星之间的气体和尘埃)进行深入研究。公众将欣赏到遥远世界的特写照片,感受宇宙的壮丽与神奇。

  如果能够上演星际旅行,很难预测我们将遭遇怎样的星球。兰迪斯说:“宇宙内存在大量我们无法想象的星球。为了探索这些奇异的世界,我们需要战胜星际旅行的各种挑战,最终飞出太阳系,前往更为遥远的宇宙角落。”(撰文/伊丽莎白·霍维尔 翻译/牛树军