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人類如何前往距地4.37億光年的類地行星

來源:網(wǎng)絡(luò) 2009-06-23 18:02:24

智能內(nèi)容

  據(jù)國外媒體報道,美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家日前稱,在距離地球4.37億光年外的“半人馬座”,很可能存在著一顆適宜生命的類地行星。由于人類的壽命有限,如果他們想要前往這顆行星上生活,那么他們通過什么方式才能夠順利抵達這顆類地行星呢?

  科幻小說作家、美國宇航局物理學(xué)家杰弗里-蘭迪斯稱,這顆新發(fā)現(xiàn)的類地行星距離地球約4.37億光年,這一距離是地球到太陽距離的27.6萬倍,因此這一星際航行將異常艱難,依靠傳統(tǒng)火箭是絕對不行的,因為它們的最大速度只有約每小時28300公里。假如用傳統(tǒng)火箭攜帶太空飛船上天,那么將需要約16.5萬年的時間才能抵達半人馬座阿爾法星。蘭迪斯說,傳統(tǒng)火箭的問題在于無法攜帶足夠的燃料。

  利用反物質(zhì)提供動力

  或許反物質(zhì)發(fā)動機可以被用來提供動力,其動力來自于反物質(zhì)與物質(zhì)相互湮滅時釋放出的巨大能量。然而,這種反物質(zhì)發(fā)動機的問題在于如何在航行中產(chǎn)生足夠多的反物質(zhì)并將其儲存下來。蘭迪斯說:“目前,所有制造反物質(zhì)的方法都需要大型粒子加速器,并且產(chǎn)生的反物質(zhì)還為數(shù)不多。此外,如果要儲存一克反物質(zhì)的話,則需要一噸磁鐵。儲存大量反物質(zhì)的想法聽上去非常輕松,但是實施起來卻不那么輕松了。這個設(shè)想目前還未被推翻,一點反物質(zhì)就可以幫我們一個大忙。”

  英國著名物理學(xué)家施蒂芬-霍金此前曾表示,人類未來必將會離開太陽系尋找別的可生存行星,反物質(zhì)能源將是星際旅行中飛船的主要動力。霍金說:“如果我們使用阿波羅任務(wù)中的化學(xué)燃料,飛抵最近的恒星需要5萬年。這一時間太長了,因此科幻小說中常常有時空穿越的描述。不過,這一想法違背科學(xué)定律,因為不可能有物體的運動速度超過光速。不過,我們?nèi)钥梢栽诳茖W(xué)定律的限制下找到辦法,即利用物質(zhì)/反物質(zhì)對沖產(chǎn)生的能量,使飛船達到亞光速。這樣我們僅需六年就能夠飛抵最近的恒星,這一時間對于星際旅行者來說還可以接受。”

  盡管從原理上來說,科學(xué)家可以冷凍反氫,從而回避磁鐵需求問題。但蘭迪斯表示,一旦有些微反氫漏出并碰到四壁,就可能產(chǎn)生大量熱量,結(jié)果加熱冷凍的反氫,導(dǎo)致災(zāi)難性后果。然而,科學(xué)家們可能可以在星際太空船中利用反物質(zhì),引發(fā)核反應(yīng)。反物質(zhì)推進被看作是恒星際航行中極有前途的方式。根據(jù)著名的愛因斯坦相對論能量定律,物質(zhì)和能量不僅是聯(lián)系著的,而且質(zhì)量和能量是不可分割的,質(zhì)量可以全部轉(zhuǎn)化為動能。由此利用物質(zhì)——反物質(zhì)湮沒反應(yīng)能把質(zhì)量全部轉(zhuǎn)變成動能,因此最大限度地發(fā)揮了物質(zhì)的潛能。

  通過電磁場吸收純氫

  物理學(xué)家羅伯特-布沙德提出的一個設(shè)想就使用電磁場,通過吸收氫來為核動力火箭提供燃料?茖W(xué)家們把核燃料做成很多細小的顆粒--“微型氫彈”,然后通過激光或者粒子束加熱到極高溫度并引起微型氫彈爆炸,產(chǎn)生的沖擊波和粒子流將形成反作用推力。逐個點燃“微型氫彈”可獲得脈動式的持續(xù)推力。不幸的是,布沙德的這種噴氣引擎可能無法工作。蘭迪斯說:“星際媒介并不如布沙德想像的那么密集。到目前為止,所有嘗試設(shè)計某種噴氣引擎的想法產(chǎn)生的都是后拖力而不是后推力。況且,我們并不真正了解如何利用星際中的純氫作為聚變?nèi)剂。實驗室中的聚變(nèi)剂鲜褂玫氖请?氚或帶氦3的氘,而對于聚變反應(yīng)中的純氫,我們不得要領(lǐng)。這個主意雖然不錯,卻不現(xiàn)實。”

  借助激光實現(xiàn)星際航行

  光航行可能是另一種方法--依靠光束提供的輕微推力進行輕便的反射航行。美國西雅圖高級太空系統(tǒng)技術(shù)顧問約丁-卡爾解釋說:“這個方法的特點是不攜帶推進所需的能量,而是使用傳輸來的能量。”光航行并不只是利用來自太陽的大量光能,它還利用了激光束提供額外推進力,尤其是在飛船航行到距離太陽較遠處時。借助激光進行星際航行的問題在于,需要在很長時間中使用大量的光,以在人的壽命期間迅速抵達人馬座阿爾法星,這意味著需要在整個航行過程中一直使用大量高能激光。然而,由于激光束在遠距離外會分散開來,因此科學(xué)家們想到了使用粒子束為航行提供能量。蘭迪斯解釋說:“這種粒子束必須帶中性電荷,這樣才不會隨時空而分散。這可能是一個可行的設(shè)想。”

  與傳統(tǒng)的化學(xué)推進方式相比,激光推進最突出的優(yōu)點是不需攜帶燃料。航天器在大氣層中飛行時,只需對空氣加熱,穿越大氣層后,只需少量工作物質(zhì)即可工作,這樣就可以把運載工具的有效載荷提高到15%以上,發(fā)射費用降低到每千克數(shù)百美元左右。自20世紀(jì)60年代初期出現(xiàn)激光器以來,由于激光推進巨大的潛在優(yōu)勢,美國、俄羅斯、德國等發(fā)達國家聯(lián)合攻關(guān),在激光推進領(lǐng)域進行了不懈的努力。后來隨著小衛(wèi)星技術(shù)和強激光技術(shù)的進一步發(fā)展,激光推進研究又掀起了熱潮。目前美、俄等國已經(jīng)提出并制造出了激光光船,并把激光推進作為發(fā)展運載工具優(yōu)先考慮的目標(biāo)。據(jù)預(yù)測,如果新一代大功率激光器的研制能夠取得突破,到2015年前后,利用激光推進系統(tǒng)可將數(shù)百千克的小衛(wèi)星送入軌道。

  乘坐“爆炸”穿越太空

  另一個星際航行的設(shè)想是乘坐爆炸穿過太空。這種“脈沖推進”要求在帶有防護板的飛船后扔下許多炸彈,爆炸會沖擊防護板,推動飛船前進;诩す夂叫泻兔}沖推進,卡爾提出了一個綜合設(shè)想--“帆束”,他表示:“一束激光可以像子彈一樣推動飛船中許多的微型帆,這些微型帆一起又可以推動整個飛船。這樣就可以使飛船速度提高到光速的十分之一,那么抵達半人馬座阿爾法星就只需60到70年了。”

  雖然要找到一顆適合生命存在的類地行星并非易事(此前發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)太陽系外行星均是與木星類似的高溫巨型行星),但美國天文學(xué)家們卻堅信,在半人馬座A和半人馬座B附近找到類地行星的幾率是非常高的。最近10年以來,天文學(xué)家們已經(jīng)在太陽系外發(fā)現(xiàn)了200多顆行星,不過,它們中的大部分都屬于木星這樣的巨型氣態(tài)行星,根本不具備孕育生命的條件。其中有6顆結(jié)構(gòu)類似于我們的地球。在這6顆類地行星中,有2顆非常寒冷,剩下的其它4顆由于距離其恒星太近而幾乎沒有存在生命的可能性。

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