科學家想出如何可以停止超高速星際船的飛行

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在你左邊的是半人馬座阿爾發系統

在所有人類探索星系的大膽方案中,突破星擊(Breakthrough Starshot)可以說是最’不尋常的’:利用雷射把一艘郵票大小的太空船送到離我們最近的恆星系統,半人馬座阿爾發(Alpha Centauri) 系統。

光速的20%行進,這個奈米探測器可以在僅僅20個地球年完成4.37光年的旅程,並且可能給我們一個機會來研究太陽系外已知最接近太陽系的類地行星(Earth-like planet),比鄰星b(Proxima b),比鄰星b可能撫育著生命。

唯一的問題是,那麼快的速度,實際上要如何減速呢? 科學家認為他們可能會有答案。

德國的研究人員提出一種方法,把煞車應用到行駛高達每秒13,800公里(8574.9英哩)的星際太空船。

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在像這樣的情況,煞車是非常強制的,因為沒有辦法減速,星際探測器就會在幾秒鐘內超過整個太陽系,幾乎沒有時間來實際收集所設定要調查的宇宙天體的資訊。

天文物理學家麥可‧希普克(Michael Hippke)告訴在國家地理雜誌的娜迪亞‧德瑞克(Nadia Drake):「只有幾秒鐘來拍一些快照,如果你錯過了目標,這一切都沒有了。」

「相較之下,如果你設法進入圍繞目標的軌道,只要探測器起作用,就可以待在那裡。」

希普克和來自馬克斯‧普朗克太陽系研究所(Max Planck Institute for Solar System Research)的研究員同事瑞尼‧海勒(René Heller)表示,一種應用煞車和擺動進入軌道的方法是,在太空船接近目的地時展開太陽帆,並利用半人馬座阿爾發系統的恆星輻射和重力來減速太空船。

在新研究中,他們展望一艘比郵票尺寸的突破星擊探測器更大的太空船,但仍然只有大約一條肥皂的尺寸和重量(小於100克)。

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雖然突破星擊太空船被建造成在它的背後接受從地球發射的雷射作為推進劑,但是德國的計劃是把太空船連接到一個巨大的輕重量帆,面積10萬平方公尺,相當於大約14座足球場。

這張帆會抓住來自太陽的光子,加速太空船,並且把它送到前往半人馬座阿爾發系統的路上。然後,相同的原則可以反過來使用:一旦探測器抵達目的地,來自半人馬座阿爾發系統的恆星輻射會撞擊這張帆,對探測器施加煞車力。

研究人員的計算,在太空船進入半人馬座阿爾發系統恆星A的4百萬公里(249萬英哩)內,需要展開這張帆。

雖然來自恆星的光子會撞擊這張帆並且使太空船減速,但太空船還會受到半人馬座阿爾發系統恆星A重力場的影響。

這不僅意味著這艘探測器可能能夠安頓在半人馬座阿爾發系統恆星A周圍的一個固定軌道上,而且研究人員還認為這艘探測器可能能夠利用來自恆星的輻射,來引導它到達半人馬座阿爾發系統恆星B,甚至可能到達比鄰星(Proxima Centauri),這個系統的第3顆恆星,擁有比鄰星b,一顆可能證明是適合居住的類地行星

這一切聽起來實在太棒了。儘管研究人員這艘運用太陽帆的太空船可以提供突破星擊目前所欠缺的有用機動性,但它的代價是:速度。

突破星擊預計達到光速的20%,意味著它只要20年就可以到達半人馬座阿爾發系統。

相較之下,輕帆太空船只會達到光速的4.6%(每秒13,800公里或8574.9英哩),意味著要大約95年才能達到半人馬座阿爾發系統,然後再花46年左右到達比鄰星。

當然,任何即使是理論上的可能,依然是大大的鼓舞人心。但是延長任務時間真的很可悲地在蠶食突破星擊誘人的迫切。

這項計畫的首席科學家、來自哈佛大學的天文物理學家阿維‧勒布(Avi Loeb)告訴國家地理雜誌:「定義突破星擊概念的主要限制是,要在我們的壽命內拜訪半人馬座阿爾發系統。」

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雖然在研究人員的假設模型中,太陽帆太空船可能比突破星擊慢,但是研究小組認為,對太陽帆的改善,目前設想由石墨烯做成,最終能夠讓太陽帆太空船變得更快,並且有助於吸收輻射,來為太空船和通訊系統提供電力。

研究人員正在和突破星擊計劃的成員進行討論,看看他們的研究是否能夠為1億美元的計畫開闢新的想法。

如果不行,這兩個概念並不會相互排斥,而且很可能研究任務涉及到多種探測器,每一種探測器以自己獨特的方式,幫助我們探索銀河系。

海勒在一份新聞稿中說:「我們的新任務概念可能產生很高的科學回報,但只有我們的孫子的孫子才能夠得到。」

「另一方面,突破星擊運作在幾十年的時間規模上,而且可以在一個世代實現。因此,我們可能已經為突破星擊確定了一個後續長期的概念。」

這項研究成果在天文物理學期刊通訊(The Astrophysical Journal Letters)上報導。

來源:ScienceAlert