物理學家提出新科幻引擎,百萬年內讓整個太陽系移動 50 光年

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 31 日 13:15 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly


山不轉路轉,小行星不轉……太陽系轉?為了避免地球在很久以後被大規模小行星群毀滅,伊利諾州立大學天體物理學家 Matthew Caplan 提出一種新的恆星引擎,理論上可以將整個太陽系在 100 萬年內移動 50 光年遠。

在科幻小說中,宇宙高等文明都已經開發出利用母恆星能量的「恆星引擎」,而其中一種恆星引擎稱為戴森球(Dyson Sphere),是數學物理學家弗里曼·戴森提出的一種包圍母恆星之巨大球形結構,可以捕獲恆星大部分或者全部能量輸出。

最近,伊利諾州立大學天體物理學家 Matthew Caplan 提出了新的恆星引擎,稱為卡普蘭推力器(Caplan Thruster),概念類似 LightSail 光帆探測器,差別在於 LightSail 主要利用太陽能量來推動自身船體前進,而卡普蘭推力器將結合戴森球與巴薩德衝壓發動機(Bussard ramjet),利用太陽的能量來推動太陽。

YouTube 頻道《Kurzgesagt – In a Nutshell》在一支影片中(見下方連結),簡單清楚地探討了卡普蘭推力器工作原理,理論上,卡普蘭推力器可以推動整個太陽系,並且由於重力作用,無論太陽走到哪,地球和其他行星都會隨之而來,不用擔心太陽軌道移動了會對地球造成影響。

巴薩德衝壓發動機是物理學家 Robert W. Bussard 在 1960 年代構想的理論太空飛行器推進系統,屬於核融合衝壓發動機。而根據 Matthew Caplan 解釋,巴薩德衝壓發動機首先利用電磁場收集太陽風中的氫、氦作為燃料,接著將這些物質做為燃料源,在核融合反應爐中燃燒後以大約 1% 光速釋出氧粒子射流,這股動力可以推動卡普蘭推力器前進。

但一昧推動恆星引擎會使它撞向太陽,因此第 2 個發動機會利用粒子加速器往太陽噴出氫射流,一方面作為平衡,一方面微微推動太陽,只要控制得宜,卡普蘭推力器就像一台拖著太陽行走的拖船。

當然,僅靠太陽風無法為推力器提供足夠燃料源,因此 Matthew Caplan 提出還需要戴森球將太陽光集中到特定位置,進一步提高功率輸出。

和另外一種恆星引擎 Shkadov 推力器相比,卡普蘭推力器更大的優勢是推進速度更快。如果火力全開,Shkadov 推力器約可在 2.3 億年內推動整個太陽系前進 100 光年,但卡普蘭推力器可在短短 100 萬年內就將整個太陽系移動 50 光年。

此外,從物理角度來看,Shkadov 推力器本質上是一個巨大曲面鏡,利用反射太陽輻射中的光子來移動,這種運動只有單一方向,實用性被進一步限制。假如真的要讓整個太陽系位置移動,卡普蘭推力器可能是最好的選擇──雖然卡普蘭推力器目前仍處於「科學上可行」階段,離建造還有很長一段時間。

新論文發表在《Acta Astronautica》期刊。

(首圖來源:Kurzgesagt – In a Nutshell 影片截圖)

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