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第三期:光帆推进的宇宙边界 第三期:光帆推进的宇宙边界 大家好,这里是思想实验室,我是实验员零一。今天我们要做的思想实验是:造一个光帆,让光推动飞船前进,人类能飞到宇宙哪里? 光虽然没有质量,却有动量,只需要在近地轨道部署激光阵列,持续照射光帆就行。衡量光帆性能,关键在于激光功率和光帆质量:功率高、帆体轻,飞船的速度就快。 假设造一艘1克重的纳米飞船,配一张直径10米的超薄光帆。部署一个相当于100座大型核电站总功率激光阵列,持续照射10年。根据计算,能让飞船的速度达到光速的20%,相当于目前人类最快探测器速度的80多倍。 以这个速度20年就能到达4.24光年外的比邻星。但它只能飞掠而过,因为没有“刹车”,在掠过比邻星系统后,会继续向宇宙深处飘去。这已是目前能最快抵达比邻星的方案。 如果换成载人,任务难度就呈指数级上升。比如飞船总质量达到10吨。要推动这么重的飞船,激光功率得提升到1太瓦,也就是全球目前总发电量的一半。这意味着我们需要在近地轨道搭建一个覆盖数百平方公里的激光阵列,而且激光在长距离传输中有能量损耗,激光束会随着距离增加而扩散,到了太阳系边缘,照射到光帆上的能量可能只剩几分之一。 更棘手的是减速问题。载人飞船不能像无人探测器那样“一飞而过”,必须在抵达目标星球前减速。目前的解决方案是“磁帆星际介质刹车”:在飞船尾部署一个磁帆,利用星际空间中的稀薄等离子体产生阻力,慢慢降低速度。这个技术还停留在理论阶段——星际介质的密度比实验室里的真空还低,能不能产生足够阻力?磁帆会不会被宇宙射线或高能粒子损坏?这些问题都没有答案,成功率无法估算。 因此光帆推进的绝对边界逐渐清晰:对于无人探测器,只要激光功率足够,我们能把它送到1千光年内的任何恒星系统,耗时大约1百年,甚至能让探测器在飞掠时传回高清影像。但载人任务的边界只能限制在10光年内,而且必须依赖尚未验证的减速技术。 从技术时间表来看,无人光帆的难度相对较低,预计2040-2060年就能发射首个无人探测器,尝试飞向比邻星。而载人光帆则需要解决大功率激光、长期维生、可靠减速等一系列难题,等到22世纪也许能看到希望。 最后问大家一个问题:如果只能送1克重的纳米飞船,到系外世界,你最想看到什么,外星人?还是稀缺矿床? 这里是思想实验室,下期见!#七夕dou+精彩放大
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