探索遥远宇宙的几条途径
遨游太空近31载的先驱者10号探测器,已是杳如黄鹤。美国宇航局称,今年一月收到的微弱信号,看上去是来自这颗探测器的最后消息,其中已无任何遥测数据。先驱者10号于1972年3月2日发射升空,主要考察目标是木星。它是第一个穿过小行星带,成功到达木星附近并获取近距离图像的探测器。1983年,它又成为第一个飞出太阳系的人造探测器。
现在,旅行者号和先驱者号探测器已经飞过了冥王星轨道,成为离地球最远的人造物体。
为得到这一头衔,它们花费了十余年,中间还利用大行星的引力不断加速(称为“引力跳板”技术)。而且,从一开始,它们就是用最强大的化学火箭发射的。
天文学家认为,恒星周围存在行星是一个普遍现象。在太阳系附近的恒星周围存在着行星系统。了解那里的行星世界无疑是一件激动人心的事。可现有的探测手段在这方面显得过于苍白。
它既不能告诉我们地外行星的大气组成,也无法揭示其地质构造,甚至,天文学家连它们的几何尺寸也无从知晓。
, 百拇医药
这一切都是地球与目标星之间的距离所致———动辄几十万天文单位的幽幽空间会令最狂热的宇航迷变得理智。用化学火箭推进的探测器要用成千上万年才能飞到那里。
如何在一个科学家的有生之年完成探险呢?这时飞船应该达到每秒几百千米的高速度。而目前最快的飞船只能达到这个速度的十分之一。现在的飞船之所以行动迟缓,根本原因在于它们仅靠化学火箭在其飞行的头几分钟加速，冲出大气层后的航程全依赖惯性滑行，充其量在路过大行星时靠其引力加速，因此,要想飞向恒星,解决动力问题是关键。
下面的方法是科学家想到的到达恒星的方法。其中一些现在就可以实现,而另一些也许永远只能停留在设想阶段。
坐着氢弹上天
20世纪50年代,随着和平利用原子能的呼声日益高涨,原子火箭发动机应运而生。法国人设计了以水为工作物质的原子能火箭。它靠核反应堆产生的热量将水汽化,高速喷射出的水蒸气能使星际飞船逐渐加速。火箭要喷出5000吨的水才能在50年内把飞船送到最近的恒星———比邻星(半人马座α星,距地球4.22光年)。如此巨大的飞船是很难建造的。
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聚变比裂变放出更大的能量。核聚变反应将产生大量高能粒子。用电磁场约束这些粒子,使之向指定方向喷射,飞船就可以高速前进了。
驭光而行
20世纪20年代物理学家就已证明电磁波对实物有压力效应。60年代,克拉克提出用太阳光推动空间帆系统飞行的设想。1984年,科学家提出,实现长期太空飞行的最佳方法是向一个大型薄帆发射大功率激光。这种“帆”被称为“光帆”。此时的光帆采用圆盘状布局,直径达3.6千米,帆面材料为一层极薄的纯铝,无任何支撑结构。最大飞行速度可以达到光速的十分之一(每秒30000千米)。但较其他形式的恒星际飞船而言,光帆是技术上和经济上最容易实现的方案。
根据估算,在使用金属铍(Be)作为帆面材料时,飞到半人马座α星的总费用为66.3亿美元。
这只相当于阿波罗计划投资的1/4而已。
, 百拇医药
人工时空隧道
不少科幻影片(如《星球大战》)中都有这样的镜头:随着船长一声令下,结构复杂的引擎开始工作,接着宇宙飞船便消失于群星中,几乎就在同时,它完好地出现在遥远的目的地……现代物理学证明,这看似荒诞的场景是可以发生的。
现代物理学(时空场共振理论)认为,时间是能量在时空中高频振荡的结果,宇宙间各时空点的性质取决于该点电磁场的结构特性。该理论认为宇宙中各时空点有其确定的能量流动特性,它可以用一组谐波来描述。若用人工方法产生一定的谐波结构,使它与远距离某时空点的谐波结构特性相同,则二者就会产生共振,形成一个时空隧道,飞行器可以循着这个时空隧道在瞬间到达宇宙的另一位置。
通过“虫洞”的星际航行
还有一种名为“虫洞”的奇异天体,它是连接空间两点的时空短程线。科学家认为,通过虫洞可以实现物质的瞬间转移。
■文/中科院自然科学史研究所 赵洋, 百拇医药
现在,旅行者号和先驱者号探测器已经飞过了冥王星轨道,成为离地球最远的人造物体。
为得到这一头衔,它们花费了十余年,中间还利用大行星的引力不断加速(称为“引力跳板”技术)。而且,从一开始,它们就是用最强大的化学火箭发射的。
天文学家认为,恒星周围存在行星是一个普遍现象。在太阳系附近的恒星周围存在着行星系统。了解那里的行星世界无疑是一件激动人心的事。可现有的探测手段在这方面显得过于苍白。
它既不能告诉我们地外行星的大气组成,也无法揭示其地质构造,甚至,天文学家连它们的几何尺寸也无从知晓。
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这一切都是地球与目标星之间的距离所致———动辄几十万天文单位的幽幽空间会令最狂热的宇航迷变得理智。用化学火箭推进的探测器要用成千上万年才能飞到那里。
如何在一个科学家的有生之年完成探险呢?这时飞船应该达到每秒几百千米的高速度。而目前最快的飞船只能达到这个速度的十分之一。现在的飞船之所以行动迟缓,根本原因在于它们仅靠化学火箭在其飞行的头几分钟加速，冲出大气层后的航程全依赖惯性滑行，充其量在路过大行星时靠其引力加速，因此,要想飞向恒星,解决动力问题是关键。
下面的方法是科学家想到的到达恒星的方法。其中一些现在就可以实现,而另一些也许永远只能停留在设想阶段。
坐着氢弹上天
20世纪50年代,随着和平利用原子能的呼声日益高涨,原子火箭发动机应运而生。法国人设计了以水为工作物质的原子能火箭。它靠核反应堆产生的热量将水汽化,高速喷射出的水蒸气能使星际飞船逐渐加速。火箭要喷出5000吨的水才能在50年内把飞船送到最近的恒星———比邻星(半人马座α星,距地球4.22光年)。如此巨大的飞船是很难建造的。
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聚变比裂变放出更大的能量。核聚变反应将产生大量高能粒子。用电磁场约束这些粒子,使之向指定方向喷射,飞船就可以高速前进了。
驭光而行
20世纪20年代物理学家就已证明电磁波对实物有压力效应。60年代,克拉克提出用太阳光推动空间帆系统飞行的设想。1984年,科学家提出,实现长期太空飞行的最佳方法是向一个大型薄帆发射大功率激光。这种“帆”被称为“光帆”。此时的光帆采用圆盘状布局,直径达3.6千米,帆面材料为一层极薄的纯铝,无任何支撑结构。最大飞行速度可以达到光速的十分之一(每秒30000千米)。但较其他形式的恒星际飞船而言,光帆是技术上和经济上最容易实现的方案。
根据估算,在使用金属铍(Be)作为帆面材料时,飞到半人马座α星的总费用为66.3亿美元。
这只相当于阿波罗计划投资的1/4而已。
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人工时空隧道
不少科幻影片(如《星球大战》)中都有这样的镜头:随着船长一声令下,结构复杂的引擎开始工作,接着宇宙飞船便消失于群星中,几乎就在同时,它完好地出现在遥远的目的地……现代物理学证明,这看似荒诞的场景是可以发生的。
现代物理学(时空场共振理论)认为,时间是能量在时空中高频振荡的结果,宇宙间各时空点的性质取决于该点电磁场的结构特性。该理论认为宇宙中各时空点有其确定的能量流动特性,它可以用一组谐波来描述。若用人工方法产生一定的谐波结构,使它与远距离某时空点的谐波结构特性相同,则二者就会产生共振,形成一个时空隧道,飞行器可以循着这个时空隧道在瞬间到达宇宙的另一位置。
通过“虫洞”的星际航行
还有一种名为“虫洞”的奇异天体,它是连接空间两点的时空短程线。科学家认为,通过虫洞可以实现物质的瞬间转移。
■文/中科院自然科学史研究所 赵洋, 百拇医药