而只要我们留在太阳系内 , 最大的威胁就来自尘埃颗粒 , 或者是相同类型的微流星体 , 这些微流星体通常会在我们在我们自己星球附近发射的航天器上打孔 。 保持我们的航天器完好无损的最大敌人就是动能 , 即使是光速的 20% , 我们仍然可以很好地近似于我们简单的非相对论公式:KE = 1/2 mv∧2, 其中m是质量 , v是与我们的物体碰撞的粒子的相对速度 。
然而 , 一旦我们离开太阳系 , 飞行中的航天器将遇到的粒子的密度和大小分布会发生变化 。 我们拥有的最好的数据来自建模、远程观测和尤利西斯任务的直接采样的组合 。 宇宙尘埃粒子的平均密度约为每立方厘米 2克 , 或约为水密度的两倍 。 大多数宇宙尘埃颗粒很小且质量低 , 但有些更大且质量更大 。
如果能将整个航天器的横截面尺寸减小到 1 平方厘米 , 那么预计在约 4 光年的旅程中 , 不会遇到直径约 1 微米或更大的粒子 , 遇到的几率只有大约 10% 。 但与更小的粒子间的碰撞也不少:
>1次与直径约 0.5 微米的粒子碰撞;
>与直径约 0.3 微米的粒子发生 10 次碰撞;
>与直径约 0.18 微米的粒子发生 100 次碰撞;
>与直径约 0.1 微米的粒子发生 1000 次碰撞;
>与直径约 0.05 微米的粒子发生 10000 次碰撞;
>与直径约 0.03 微米的粒子发生 100000 次碰撞;
>与直径约 0.018 微米的粒子发生 1000000 次碰撞;
>与直径约 0.01 微米的粒子发生 10000000 次碰撞;
你可能认为这没什么大不了的 , 遇到这么多如此微小的粒子 , 尤其是当你考虑到这些粒子的质量是多么微小时 。 例如 , 撞击的最大粒子直径为 0.5 微米 , 其质量仅为约 4 皮克(4× 10∧-12 g) 。 当你缩小到一个直径约为 0.1 微米的粒子时 , 它的质量将是微不足道的 20飞克(2 × 10∧-14 g) 。 在直径约为 0.01 微米的情况下 , 一个粒子的质量仅为 20 埃克(2 × 10∧-17 g) 。
实际上 , 向穿越星际介质的航天器传递最多能量的不是最大的粒子 , 而是最小的粒子 。 比如在20% 的光速下 , 一个直径约 0.5 微米的粒子将为这个微型航天器提供 7.2 焦耳的能量 , 更不用说星际介质中分子、原子和离子 。 而碰撞造成的总能量损失 , 对于质量只有约 1 克左右的东西来说 , 无疑是巨大的 。
还有的就是 , 如果在最初的激光驱动加速发生后 , 激光帆没有被抛弃或折叠和收起 , 激光帆将有在短时间内被完全撕碎的危险 。
结语:
就这个“激光帆”来看 , 很好的一点是没有违反我们已知物理逻辑 , 尽管需克服的技术难题很多 。 虽然我们可能不会在有生之年能够到达另一个恒星系统 , 但不妨碍我们完全有理由为实现这一目标做出最认真的尝试 。
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