驚人設想:人類該如何前往遙遠的類地行星

來源:國際線上

2008年3月17日


“半人馬”座可能存在類地行星

來源:新華網  編輯:姚培碩

美國加利福尼亞大學的科學家日前稱,在距離地球4.37光年外的“半

人馬座”,很可能存在著一顆適宜生命的類地行星。由於人類的壽命

有限,如果他們想要前往這顆行星上生活,那麼他們通過什麼方式才

能夠順利抵達這顆類地行星呢?  

科幻小說作家、美國宇航局物理學家傑弗��-蘭迪斯稱,這顆新發現

的類地行星距離地球約4.37光年,這一距離是地球到太陽距離的27.6

萬倍,因此這一星際航行將異常艱難,依靠傳統火箭是絕對不行的,

因為它們的最大速度只有約每小時28300公里。假如用傳統火箭攜帶

太空飛船上天,那麼將需要約16.5萬年的時間才能抵達半人馬座阿爾

法星。蘭迪斯說,傳統火箭的問題在於無法攜帶足夠的燃料。 


利用反物質提供動力 

或許反物質發動機可以被用來提供動力,其動力來自於反物質與物質

相互湮滅時釋放出的巨大能量。然而,這種反物質發動機的問題在於

如何在航行中產生足夠多的反物質並將其儲存下來。蘭迪斯說:“目

前,所有製造反物質的方法都需要大型粒子加速器,並且產生的反物

質還為數不多。此外,如果要儲存一克反物質的話,則需要一噸磁鐵

。儲存大量反物質的想法聽上去非常輕鬆,但是實施起來卻不那麼輕

鬆了。這個設想目前還未被推翻,一點反物質就可以幫我們一個大忙

。” 

英國著名物理學家施蒂芬-霍金此前曾表示,人類未來必將會離開太陽

系尋找別的可生存行星,反物質能源將是星際旅行中飛船的主要動力

。霍金說:“如果我們使用阿波羅任務中的化學燃料,飛抵最近的��

星需要5萬年。這一時間太長了,因此科幻小說中常常有時空穿越的

描述。不過,這一想法違背科學定律,因為不可能有物體的運動速度

超過光速。不過,我們仍可以在科學定律的限制下找到辦法,即利用

物質/反物質對衝產生的能量,使飛船達到亞光速。這樣我們僅需六

年就能夠飛抵最近的�甯P,這一時間對於星際旅行者來說還可以接受

。” 

儘管從原理上來說,科學家可以冷凍反氫,從而回避磁鐵需求問題。

但蘭迪斯表示,一旦有些微反氫漏出並碰到四壁,就可能產生大量熱

量,結果加熱冷凍的反氫,導致災難性後果。然而,科學家們可能可

以在星際太空船中利用反物質,引發核反應。反物質推進被看作是��

星際航行中極有前途的方式。根據著名的愛因斯坦相對論能量定律,

物質和能量不僅是聯繫著的,而且品質和能量是不可分割的,品質可

以全部轉化為動能。由此利用物質——反物質湮沒反應能把品質全部

轉變成動能,因此最大限度地發揮了物質的潛能。 


通過電磁場吸收純氫 

物理學家羅伯特-布沙德提出的一個設想就使用電磁場,通過吸收氫

來為核動力火箭提供燃料。科學家們把核燃料做成很多細小的顆粒--

“微型氫彈”,然後通過鐳射或者粒子束加熱到極高溫度並引起微型

氫彈爆炸,產生的衝擊波和粒子流將形成反作用推力。逐個點燃“微

型氫彈”可獲得脈動式的持續推力。不幸的是,布沙德的這種噴氣引

擎可能無法工作。蘭迪斯說:“星際媒介並不如布沙德想像的那麼密

集。到目前為止,所有嘗試設計某種噴氣引擎的想法產生的都是後拖

力而不是後推力。況且,我們並不真正了解如何利用星際中的純氫作

為聚變燃料。實驗室中的聚變燃料使用的是氘-氚或帶氦3的氘,而對

於聚變反應中的純氫,我們不得要領。這個主意雖然不錯,卻不現實

。” 


借助鐳射實現星際航行 

光航行可能是另一種方法--依靠光束提供的輕微推力進行輕便的反射

航行。美國西雅圖高級太空系統技術顧問約丁-卡爾解釋說:“這個

方法的特點是不攜帶推進所需的能量,而是使用傳輸來的能量。”

光航行並不只是利用來自太陽的大量光能,它還利用了鐳射束提供額

外推進力,尤其是在飛船航行到距離太陽較遠處時。借助鐳射進行星

際航行的問題在於,需要在很長時間中使用大量的光,以在人的壽命

期間迅速抵達人馬座阿爾法星,這意味著需要在整個航行過程中一直

使用大量高能鐳射。然而,由於鐳射束在遠距離外會分散開來,因此

科學家們想到了使用粒子束為航行提供能量。蘭迪斯解釋說:“這種

粒子束必須帶中性電荷,這樣才不會隨時空而分散。這可能是一個可

行的設想。” 

與傳統的化學推進方式相比,鐳射推進最突出的優點是不需攜帶燃料

。航太器在大氣層中飛行時,只需對空氣加熱,穿越大氣層後,只需

少量工作物質即可工作,這樣就可以把運載工具的有效載荷提高到15

%以上,發射費用降低到每千克數百美元左右。自20世紀60年代初期

出現鐳射器以來,由於鐳射推進巨大的潛在優勢,美國、俄羅斯、德

國等發達國家聯合攻關,在鐳射推進領域進行了不懈的努力。後來隨

著小衛星技術和強鐳射技術的進一步發展,鐳射推進研究又掀起了熱

潮。目前美、俄等國已經提出並製造出了鐳射光船,並把鐳射推進作

為發展運載工具優先考慮的目標。據預測,如果新一代大功率鐳射器

的研製能夠取得突破,到2015年前後,利用鐳射推進系統可將數百千

克的小衛星送入軌道。 


乘坐“爆炸”穿越太空 

另一個星際航行的設想是乘坐爆炸穿過太空。這種“脈衝推進”要求

在帶有防護板的飛船後扔下許多炸彈,爆炸會衝擊防護板,推動飛船

前進。基於鐳射航行和脈衝推進,卡爾提出了一個綜合設想--“帆束

”,他表示:“一束鐳射可以像子彈一樣推動飛船中許多的微型帆,

這些微型帆一起又可以推動整個飛船。這樣就可以使飛船速度提高到

光速的十分之一,那麼抵達半人馬座阿爾法星就只需60到70年了。” 

雖然要找到一顆適合生命存在的類地行星並非易事(此前發現的絕大多

數太陽系外行星均是與木星類似的高溫巨型行星),但美國天文學家們

卻堅信,在半人馬座A和半人馬座B附近找到類地行星的幾率是非常高

的。最近10年以來,天文學家們已經在太陽系外發現了200多顆行星,

不過,它們中的大部分都屬於木星這樣的巨型氣態行星,根本不具備

孕育生命的條件。其中有6顆結構類似于我們的地球。在這6顆類地行

星中,有2顆非常寒冷,剩下的其他4顆由於距離其�甯P太近而幾乎沒

有存在生命的可能性。(劉妍)