利用自然天體為太空船動力來源,讓光帆與電動帆帶我們穿越宇宙

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 12 日 0:00 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


星際旅行是吸引人又非常有挑戰性的研究,因宇宙距離實在太遙遠,距離我們最近的恆星「比鄰星」超過 4.2 光年,現在最快的太空船「航海家 1 號」也需要 73,000 年才能抵達,想要星際旅行這樣的速度很不切實際。

傳統火箭透過燃燒燃料加速,更快的速度就需要更多燃料,但燃料的重量也會使火箭難以加速,因此需要更多燃料加速。基本上,傳統的燃料火箭無法用來星際旅行。

利用「光帆」可能是解決辦法,原理如同海上帆船,但光帆接的不是空氣分子而是光子,利用光子微小的動量來推進。這樣的推進力雖弱,但是宇宙多得是發光天體,太空船可綿延不絕獲得推力。

最近有一篇研究探討利用這些自然天體當成太空船動力的來源,並計算加速至接近光速的可行性,研究光帆及更新穎的「電動帆」。電動帆原理類似光帆,但帆面以隱形電場取代,接收帶電粒子獲取動量,2013 年發射的 ESTCube-1 便是電動帆衛星。

研究人員以太陽、大質量恆星、超新星(SNe)和活躍星系核(AGN)為推動帆的光源。這些光源的光度決定光帆能達到的最大速度。太陽太微弱,但是來自大質量恆星的光卻可將太空船加速到光速的百分之幾,利用 SNe 和 AGN 甚至可接近光速,足以達成星際旅行!

▲ 光度與光帆終端速度關係。(Source:AAS NOVA,下同)

不過太空船加速需要時間,作者也研究達光速 5%、10% 和 20% 所需的加速時間,取決於光源的光度。對 SNe 來說,儘管光度極大,但爆發維持的時間可能無法提供足夠加速。相較之下 AGN 的峰值光度可維持近億年,幾個月甚至幾年加速時間完全不是問題。

▲ 光度與所需加速時間關係。

作者也提到這類光帆或電動帆,現階段的工業技術還無法打造,但根據理論可行性及物理學對星際飛船的限制,也許先進的外星文明也會打造這種太空船,如果有,巨大的帆面或許可以被我們發現!

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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