文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
随着天文探测技术的飞速发展 ， 人类的足迹在上个世纪60年代末就已经到达了月球 ， 而人类探测器到达的地方则更远 ， 像地球的近邻天体－月球、金星和火星 ， 上面都拥有着人类探测器的“足迹” ， 更远的空间 ， 比如太阳、木星以及天王星、海王星、冥王星 ， 我们也都发射过诸多探测器进行近距离探测 。 目前 ， 深空探测器飞行最远的当属旅行者1号 ， 已经到达距离地球220多亿公里的宇宙空间 。
然而 ， 从目前探测器的飞行速度来看 ， 仍然非常低 ， 比如最远的旅行者1号 ， 目前的飞行速度仅有每秒17公里 ， 这个速度在地球上看简直是“风驰电掣” ， 但是对于广袤的宇宙空间 ， 这点速度真是龟速 。 如果将太阳系的有效引力范围确定为太阳系边界的话（2光年） ， 那么旅行者1号距离真正飞出太阳系 ， 还得至少需要1.7万年之久 。
去年 ， 我国发射了天问一号火星探测器 ， 成功抵达火星并顺利释放出祝融号火星车 ， 开启了伟大的火星探测之路 。 虽然火星是地球的其中一个近邻 ， 但是以目前的探测器发射和飞行速度 ， 探测器到达火星还得需要半年的时间 。 与整个太阳系相比 ， 这点距离简直可以忽略不计 ， 在海王星外围还有柯伊伯带 ， 再向外还有更广阔的奥尔特云 ， 如果仅靠常规的探测器 ， 几万年的时间才有可能脱离太阳系的范围 ， 这无疑是遥遥无期的 。
不过 ， 科学家们另辟蹊径 ， 依靠着另外一种能量供给方式 ， 来为探测器提供源源不断的能量 ， 而且能量密度极高 ， 可以为探测器在短时间内提供极高的飞行速度 ， 这种技术就是“光帆” ， 也叫“太阳帆” 。
早在400年前 ， 天文学家开普勒就提出了“光帆”的设想 ， 人类可以制造出不携带任何能源、仅仅依靠太阳光的辐射能量 ， 就能快速飞行的飞行器 ， 同时开普勒还计算出利用太阳辐射能 ， 可以为飞行器提供的具体推力大小 。 在这400年间 ， 很多科学家根据牛顿第二定律及相关物理原理 ， 对“光帆”技术进行不断论证 ， 不断提出改善飞行器材质、优化飞行器结构的方案 。 进入本世纪后 ， 俄罗斯、日本、美国等国家 ， 就此项技术开展了一系列的太空实验 ， 为后续“光帆”技术的发展奠定了基础 。
著名宇宙学家霍金 ， 生前提出了一项令人振奋的计划 ， 即“突破摄星”工程 ， 应用的就是“光帆”技术 ， 通过利用太阳辐射提供的光压 ， 将质量很轻的飞行器进行加速 ， 经测算 ， 理想状态下 ， 飞行器可以在50年的时间内到达距离我们最近的恒星－比邻星 。 如果按照这样的速度来衡量 ， 我们也仅需要不到一半的时间 ， 就能真正的跨越太阳系了 。
“光帆”技术的原理非常简单 。 大家知道 ， 光线的构成以及运动 ， 都是其中存在光子的结果 。 光子是一类没有静止质量但具有动态质量的粒子 ， 光子在以光速进行运动时 ， 如果撞击到非常光滑的表面 ， 那么就有一部分光子被表面反弹回来 ， 从而形成光的反射 。 按照动量守恒定律 ， 光子在被反弹回来时 ， 也会给被撞击的物体相应的作用力 ， 从而可以改变物体的运动状态 ， 使其以一定的速度沿着光子原来的行进方向运动 。
由于单个光子对物体所产生的推力极小 ， 所以 ， 为了获取更大的推力 ， 则需要物体接受光子撞击的数量增加 ， 所以物体的表面积越大 ， 那么所受到的推力就会越大 。 但是 ， 按照牛顿第二定律 ， 一个物体的加速度大小 ， 取决于所受合力的大小以及物体的质量 ， 一方面合力越大 ， 加速度就越大 ， 这就是刚才所说的通过增加物体表面积的方式 ， 来提高物体所受光子推力的合力 。 另一方面 ， 物体的质量越小 ， 则在相同的推力下 ， 所得到的加速度就越大 ， 从而更容易被加速 。
推荐阅读
- 地球冷却速度远超预期！或成为第二个火星，人类应该何去何从？
- 我国建造月球国际科研站，需突破一项关键技术，嫦娥四号差点实现
- 太阳系有三处“异常”被发现，科学家：可能和外星文明有关系
- 印度月球轨道器紧急避让美国探测器，把自己给避让没了？说不清了
- 2022 年12 个令人兴奋的里程碑事件
- 人类已经被困在了太阳系：除了光速之外，氧气也是一个限制因素！
- ?科学家研究发现，全球磁场强度损伤了9%，地球将来会变成火星？
- 宇宙漆黑一片，为什么太阳光照不亮太空？光去了哪里？
- 祝融号与火星快车“握手”，数据经欧洲传回，会被美国获得吗？
- 玉兔二号火了，只因发现了月球“小屋”？国外关注度仅次于李子柒