要飛出太陽系,一定要掌握可控核聚變嗎?其實還有一條捷徑

漫酱~ 2023/02/04 檢舉 我要評論

人類從仰望星空開始,就一直向往星辰大海,一百多年以來,從理論到實踐,一步步正在變為現實,1957年第一顆衛星被發射上天,1969年人類登上月球,2004年旅行者一號離開了日球層頂,標志著人類終于踏出狹義上的太陽系!

人類真的飛出太陽系了嗎?

其實殘酷的事實就擺在眼前,廣義太陽半徑接近2光年,旅行者幾萬年也飛不出去!那麼哪里才是真正的太陽系邊界呢?

太陽系的行星邊界在海王星,之外的已經沒有稱得上是行星的天體,而冥王星也在2006年的國際天文聯合會上被開除出了行星籍,成了外海王星天體中眾多的矮行星的一員,而這個外海王星天體的分布在30-75天文單位內星羅棋布!

此處作為太陽系的邊界其實也挺合理,形成太陽系的邊角料留在了此處,但事實上太陽系還有一個太陽風能到達的最遠位置的范圍,也可以說是太陽所能給予太陽系庇護的最大范圍!這個位置最近大約在94天文單位處,這里作為太陽系的邊界似乎更合適一些!

但在2000年以后又陸續發現了12顆半長軸超過150天文單位海王星外天體,這些被稱為超海王星外天體讓天文學家頗為尷尬,因為日球層外還有大量天體仍然屬于太陽系,而且從理論上來看,整個形成太陽系的奧爾特云范圍內都可能有這樣的天體存在,所以奧爾特云才是真正的太陽系范圍。

整個奧爾特云半徑高達2光年,所以想讓飛船飛出真正的太陽系,除了無限的等待,就是不斷的提高人類的推進技術!

有哪些技術能讓飛船沖出太陽系?

幾年前一條「「突破攝星」計劃推進!人類將以20%光速沖出太陽系!」的新聞走紅于網絡,說的是霍金主導實施了一個探測比鄰星的計劃,使用的是郵票大小的微型芯片探測器,然后在地球上激光陣列將其推進到光速的20%,預計將在20年內到達比鄰星。

聽上去非常難誘人,但卻要建設一個有史以來最強大的激光陣列,成本將高達50~100億美元,顯然這是一筆巨大的投資,從2016年宣布該計劃成行以來并沒有特別好的消息。2020年7月7日在《天文學與天體物理學》上提出了一個比較現實的理論,即使用碳泡沫制造的探測器!

它的密度極低,只有同體積的鋁合金的1/15000,如果用這樣的物質制造一個直徑1米的探測器,那麼它將在現有的技術(太陽帆)下大約在3.9年內到達冥王星軌道,而如果利用帕克探測器(太陽探測器,近日點極度靠近太陽)的位置的太陽帆動力,那麼可以在185年內跨越地球與比鄰星之間的距離,到達最近的恒星!

人類那麼努力,難道就沒有一條捷徑嗎?

一直以來我們的發動機使用的就是作用與反作用原理,也就是說物體的速度與所收到的力是呈正比關系的,當物體的質量一定時,它受到的力越大,那麼前進的速度也越大,到現在為止的所有方法都是不斷增加推力和保持的時間,提高火箭或者飛船的前進速度!

比如從不可控的固體火箭到後來的液體火箭,從早期的擠壓循環到後來的膨脹循環,再到頂級煤油機RD180的高壓分級燃燒循環,再後來化學燃燒已經無法提供更高的比沖,離子推進閃亮登場,但有一點一直都沒有改變過:

無論我們如何改善發動機的推力和持續燃燒的時間,它總是慢吞吞的增加速度,即使我們未來實現核聚變發動機,比沖大到不可思議,仍然無法做到像《星際迷航》中的「進取號」瞬間達到光速的速度!捷徑在哪里?

2017年《美國物理學會》期刊上的一篇論文提出了一個令人大跌眼鏡的概念,與不斷增加的推力和持續時間不同,它減少的是載荷質量,但和「突破攝星」或者「碳泡沫制造探測器」中不斷減少探測器的質量不同,該論文中的描述是用負質量抵消載荷質量!

也就是說,該方法并不降低密度或者縮小探測器體積,而是按原設計要求,比如幾噸的探測器甚至上百噸甚至數千噸的星際飛船,但同時布置一種叫做負質量的東西,兩者抵消,將質量完全抵消或者無限接近于零!

此時無論多大的推力都能讓飛船以極高的速度前進,當然只能是在人體所受的極限之內!一個比較有趣的操作方式是將人工重力和加速度相配合,在飛船上模擬1:1地球重力的情況,即飛船以一個G的重力加速度前進,那麼它大約在一年左右的時間里接近光速!

當然光速是無法達到的,因此可以在飛船上一直以一個G的方式加速,然后快到目的地時候再以一個G的速度減速,而最簡單的方式則是路程過半就減速,那麼除了掉頭減速的過程外,全程飛船上稱成員都能在模擬的地球重力下工作與生活。

這種負質量的物質存在嗎?

物質的存在就會對周圍的時空產生彎曲,這是廣義相對論中對于質量與引力的描述,也就是說它有質量的物體有一種相互靠近的趨勢,所以負質量是不是就是天然排斥呢?1998年兩個國際天文團隊發現了宇宙正在以超過此前預計的速度膨脹,而得以發現暗能量的存在!

它在數十億年前開始主導了宇宙的膨脹,它的存在會使物質相互遠離,那麼它是否是這種傳說中的負質量物質呢?當然到現在為止我們除了對它產生斥力以及宇宙中大部分物質都是暗能量外,其他一無所知!

也許解開了暗能量之謎的那天,就是人類飛向星辰大海的那一天!

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