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每秒6万公里,以太阳光为动力的光帆飞船,究竟有多厉害?

直径930亿光年的可观测宇宙,是人类目前已知的规模最大的“有意义”的场所,其内数万亿个星系与数万亿倍于星系数量的恒星们,共同造就了宇宙的璀璨。

看到这里你也许会觉得人类大脑的思想范围更大,比宇宙大得多,但可惜的是大脑的思想范围再大也是没有意义的,无法对宇宙所处的客观世界产生直接影响,因此在宇宙面前,人类文明以及地球和太阳系都不特殊,都很平庸。

以目前的航天器万分之一光速的巡航速度来看,人类连遨游半径一光年的太阳系都做不到,前往最近的38万公里外的月球需要一周时间,前往火星则需要半年时间,早在1977年就发射升空的旅行者系列探测器到今天也才飞了220亿公里左右,还得再飞3万年才能离开半径一光年的太阳系。

那么有没有一种技术,能在目前的科技水平下实现遨游太阳系甚至是前往其他恒星系的目标呢?

或者说有没有什么技术,能让航天器的速度从目前的万分之一光速,提升到百分之一光速甚至十分之一光速呢?

答案是有的,那就是光帆飞船

顾名思义,光帆飞船就像大航海时代的风帆战列舰一样,本身没有太多的燃料甚至是没燃料,前进全靠自然界本身就有的动能,在地球上这种动能是大气环流带来的风,而在宇宙中就是恒星们发出的光子了。

根据爱因斯坦在上个世纪的研究,具备波粒二象性的光子虽然没有静止质量,但以每秒30万公里飞行的光子是可以对其他物体施加压力或者说推力的,这种压力被称为光压。

如果我们在地球之外的太空中展开一面巨大的反光膜,那么太阳光压就会推动这张反光膜使其不断前进,理论上只要太阳光足够强,反光膜的面积足够大质量足够轻,那么这张薄膜的速度最快能达到光速的五分之一,也就是每秒六万公里。

最重要的是光帆飞船以及做过好几次实验了,2019年马斯克的重型猎鹰就曾运载过LightSail 2号在太空中展开,并且成功检测到了光帆探测器被太阳光压推动的痕迹,虽然这一速度只有0.058mm/s?,但也不失为一个重大进步。

现在唯一的问题是,太阳光的光压太微弱了,虽然它能持续不断给光帆加速,但需要相当长的时间才能将光帆加速到准相对论速度,基于这种困境,天文学界开始设想用强激光推动光帆,以此来取代微弱的太阳光压。

发表在《纳米快报》上的论文内容表示,在现有的材料技术下,人类完全能把一张直径3米的光帆的质量控制在1克以内,如此轻盈的光帆在地面强激光的推动下将产生明显的受压形变,然后它的速度将在短时间内提升到光速的20%左右。

光速的20%也就是每秒6万公里,以这个速度只需要20年时间,就能抵达4.22光年外的比邻星,从比邻星发回的探测数据也只需要20年就能返回地球,如此一来一回仅需40年,人类就能获得比邻星的基本情况。

看到这里你也许会觉得40年很长,但实话实说40年好歹还在人类的寿命范围之内,旅行者系列探测器发射至今已经过了45年,很多亲历者也还在世,所以不要对时间耿耿于怀了,毕竟旅行者一号只是飞到了220亿公里外,而光帆探测器前往的可是4.22光年外的半人马座比邻星。

以上这些看上去很科幻的情节,其实是很有可能在未来数十年内发生的,毕竟莱特兄弟发明飞机的1903年距离阿姆斯特朗登月的1969年也就隔了66年而已。

不出意外的话,未来50年内随着可控核聚变等一系列瓶颈技术的突破,人类文明也将迎来新一轮的技术爆炸,从而进入一个新的时代。