每秒6萬公里,以太陽光為動力的光帆飛船,究竟有多厲害?

直徑930億光年的可觀測宇宙,是人類目前已知的規模最大的 「有意義」的場所,其內數萬億個星系與數萬億倍于星系數量的恒星們,共同造就了宇宙的璀璨。

看到這里你也許會覺得人類大腦的思想范圍更大,比宇宙大得多,但可惜的是大腦的思想范圍再大也是沒有意義的,無法對宇宙所處的客觀世界產生直接影響,因此在宇宙面前,人類文明以及地球和太陽系都不特殊,都很平庸。

以目前的航天器萬分之一光速的巡航速度來看,人類連遨游半徑一光年的太陽系都做不到,前往最近的38萬公里外的月球需要一周時間, 前往火星則需要半年時間,早在1977年就發射升空的旅行者系列探測器到今天也才飛了220億公里左右,還得再飛3萬年才能離開半徑一光年的太陽系。

那麼有沒有一種技術,能在目前的科技水平下實現遨游太陽系甚至是前往其他恒星系的目標呢?

或者說有沒有什麼技術,能讓航天器的速度從目前的萬分之一光速,提升到百分之一光速甚至十分之一光速呢?

答案是有的,那就是光帆飛船

顧名思義,光帆飛船就像大航海時代的風帆戰列艦一樣,本身沒有太多的燃料甚至是沒燃料, 前進全靠自然界本身就有的動能,在地球上這種動能是大氣環流帶來的風,而在宇宙中就是恒星們發出的光子了。

根據愛因斯坦在上個世紀的研究,具備波粒二象性的光子雖然沒有靜止質量,但以每秒30萬公里飛行的光子是可以對其他物體施加壓力或者說推力的,這種壓力被稱為光壓。

如果我們在地球之外的太空中展開一面巨大的反光膜,那麼太陽光壓就會推動這張反光膜使其不斷前進,理論上只要太陽光足夠強,反光膜的面積足夠大質量足夠輕,那麼這張薄膜的速度最快能達到光速的五分之一,也就是每秒六萬公里。

最重要的是光帆飛船以及做過好幾次實驗了,2019年馬斯克的重型獵鷹就曾運載過LightSail 2號在太空中展開,并且成功檢測到了光帆探測器被太陽光壓推動的痕跡,雖然這一速度只有0.058mm/s²,但也不失為一個重大進步。

現在唯一的問題是,太陽光的光壓太微弱了,雖然它能持續不斷給光帆加速,但需要相當長的時間才能將光帆加速到準相對論速度,基于這種困境, 天文學界開始設想用強激光推動光帆,以此來取代微弱的太陽光壓。

發表在《納米快報》上的論文內容表示,在現有的材料技術下,人類完全能把一張直徑3米的光帆的質量控制在1克以內,如此輕盈的光帆在地面強激光的推動下將產生明顯的受壓形變,然后它的速度將在短時間內提升到光速的20%左右。

光速的20%也就是每秒6萬公里,以這個速度只需要20年時間,就能抵達4.22光年外的比鄰星,從比鄰星發回的探測數據也只需要20年就能返回地球, 如此一來一回僅需40年,人類就能獲得比鄰星的基本情況。

看到這里你也許會覺得40年很長,但實話實說40年好歹還在人類的壽命范圍之內,旅行者系列探測器發射至今已經過了45年,很多親歷者也還在世,所以不要對時間耿耿于懷了,畢竟旅行者一號只是飛到了220億公里外,而光帆探測器前往的可是4.22光年外的半人馬座比鄰星。

以上這些看上去很科幻的情節,其實是很有可能在未來數十年內發生的, 畢竟萊特兄弟發明飛機的1903年距離阿姆斯特朗登月的1969年也就隔了66年而已。

不出意外的話,未來50年內隨著可控核聚變等一系列瓶頸技術的突破,人類文明也將迎來新一輪的技術爆炸,從而進入一個新的時代。


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