太空船能飛多快?新研究:可藉超新星爆炸力達到相對論速度

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 04 日 19:12 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


星際旅行聽起來很美妙,然而真到實際面時,就會發現太空船飛行速度是個硬傷。然而現在,2 名哈佛大學天文學家已確認一種方法,可以利用超新星爆炸這種自然現象來讓太空飛船達到接近相對論速度:就像帆船利用風前進,太空飛船也可以利用超新星爆炸產生的能量來前行。

我們知道火箭發射成本相當高昂,光是要將有效載荷投入低地軌道,成本就高達每磅 1 萬美元,因此總重量必須錙銖必較。其中,有效載荷(太空探測器、衛星等)重量貢獻值最多的就是推進劑燃料,因此科學家一直在研發不需引擎和推進劑的新型推進系統,尤其是光帆、磁帆和定向能量器(雷射)技術。

目前,最負盛名的太陽帆為突破攝星(Breakthrough Starshot)計畫所開發的星片(StarChip)光帆飛行器,其速度能加速至光速的 20%,預估飛抵半人馬座(內含距離太陽最近的恆星「比鄰星」)僅需 20 年。

只不過,光帆原理是利用太陽光子反射所產生之極微弱輻射壓來推動帆片,雖然不用耗費燃料,但需數月時間才能累積足夠加速度。哈佛大學天文學家 Abraham Loeb 於是思考起,宇宙中還有什麼東西可以更快加速光帆,一種比太陽更亮的光源?超新星可以嗎?

在對超新星進行詳細計算後,Abraham Loeb 發現 1 顆超新星產生的能量與亮度,相當於 10 億個太陽花 1 個月產生的能量,太陽風只能將光帆推動到光速的千分之一,但超新星可以輕易地將光帆加速到光速的十分之一,若能有策略性地將光帆探測器放到超新星附近,將可藉助超新星爆發的能量將探測器提速至接至相對論速度。

當然,這種方法的缺點也很明顯:第一,時間。超新星在整個宇宙中不僅很罕見,科學家更無法準確預測它們,想利用恆星爆炸威力來達成目標,不只需要做出極準確的估算,還要等待相當長的一段時間。

其次是帆片必須由高反射率的材料製成,以避免吸收過多來自超新星的熱量而燒起來。此外,帆片也要先處於摺疊狀態直到超新星爆炸為止,否則輻射壓會將光帆探測器推離預定地點。

第三,必須謹慎選擇光帆探測器的加速路徑,以將與大物體碰撞的風險降到最低;最後,光帆探測器的防護構造需要非常堅固,若速度真被加速至接近相對論速度,則只要迎面撞上一顆小石頭般的顆粒,都能直接讓探測器報廢。

假如銀河系內真的存在其他比地球還要高等的文明,那麼也許會有成群光帆探測器正圍繞著垂死恆星,耐心地等待它們爆炸。

(首圖來源:NASA

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