“先進(jìn)的文明可能更傾向于使用電帆，而非光帆。”

近期，美國哈佛大學(xué)理論與計算研究所研究人員亞伯拉罕·勒布針對這個很多人都好奇的問題向外媒做了解答。勒布與美國佛羅里達(dá)理工學(xué)院航天物理與空間科學(xué)系研究人員馬納斯維·林加姆合作研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)恒星附近，電帆是比光帆更好的推進(jìn)系統(tǒng)。

少工質(zhì)推進(jìn)航天器是潛力股

“目前大多數(shù)航天器依賴于噴氣推進(jìn)式發(fā)動機，通過大量氣體高速噴出產(chǎn)生反作用力，即推力。然而，如果航天器想要沖出太陽系，走向更廣袤的星際空間，這種高度依賴工質(zhì)的推進(jìn)方式顯然并不經(jīng)濟(jì)劃算，遠(yuǎn)航能力也受自身攜帶的燃料量限制。”近日，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院副教授謝侃在接受科技日報記者采訪時表示。

工質(zhì)，即實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，也可看成是推進(jìn)劑或燃料。如果想要擺脫工質(zhì)的限制，就要想辦法從空間環(huán)境中“汲取能量”，提高續(xù)航能力。

謝侃告訴記者，近年來，越來越多的研究者將目光投向了少工質(zhì)甚至無工質(zhì)推進(jìn)方式，包括早已應(yīng)用的光帆以及“新生代”的磁帆和電帆。

光帆的概念由來已久，早在上個世紀(jì)20年代就有人開始思考怎樣“馭光而行”。如今，光帆已然在航天器中成功應(yīng)用，如美國的地球衛(wèi)星“光帆2號”、日本的宇宙探測器IKAROS等。光帆的工作原理大體為，太陽輻射出的光子撞擊光帆表面的金屬鍍層時被反射，實現(xiàn)動量交換，給予航天器飛行的動力。

除了光子，太空中還普遍存在著等離子體。等離子體是帶有相同電量的正電荷和負(fù)電荷粒子組成的一個整體，總體呈電中性。

上世紀(jì)90年代，有學(xué)者打起了等離子體的主意，提出了磁帆的概念——利用太陽輻射出的帶電粒子在固定磁場中偏轉(zhuǎn)而將部分動量傳遞給航天器以獲得加速度的一種推進(jìn)方法。

21世紀(jì)初，電帆的思路隨之問世。學(xué)者設(shè)計的電帆外形與光帆、磁帆中常見的平板狀帆板不同，最開始是漁網(wǎng)狀，如今更傾向于傘骨狀。電帆的主體結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)電鋁線的“繩子”構(gòu)成。每條鋁線上都帶有電荷，通過與空間中的帶電粒子的相吸相斥原理產(chǎn)生動力。

隱蔽性和續(xù)航性同時兼顧

光帆尺寸大，動輒幾十公里，且受限于光子，在遠(yuǎn)離恒星的區(qū)域或被其他天體遮蔽的陰暗處，光帆能發(fā)揮的推動作用就極其有限了。相比而言，磁帆和電帆更具有深空航行的潛力。畢竟，空間中幾乎所有區(qū)域都有帶電粒子的身影。

謝侃也認(rèn)同外星文明或許更傾向于電帆的觀點。

“外星人存在嗎?他們在哪里?”這是天文學(xué)界乃至人類一直努力尋找答案的問題。費米悖論指出，科學(xué)推論可以證明，外星人的進(jìn)化要遠(yuǎn)早于人類，他們應(yīng)該已經(jīng)來到地球并存在于某處;然而迄今為止，公開資料表明人類并未發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)外星人存在的蛛絲馬跡。

“會不會是外星人曾經(jīng)來過，卻并未被我們發(fā)現(xiàn)?沒有人知道答案。”謝侃告訴記者，至少我們現(xiàn)階段認(rèn)知范圍內(nèi)的光帆應(yīng)該不是外星文明的最佳選擇。光帆的續(xù)航能力暫且不論，反射光子的工作原理就注定了以光帆為主動力的航天器無論走到哪里，都像是一面巨大的鏡子——光燦燦、明晃晃。如果外星文明進(jìn)化更早、曾經(jīng)掠過地球，那我們不可能發(fā)現(xiàn)不了;如果外星文明尚未進(jìn)化成我們現(xiàn)有的水準(zhǔn)，那么在探測其他文明時，未證實對方是敵是友之前，想必也不會采取如此“高調(diào)”的方式。

相比而言，電帆和磁帆就隱蔽很多。“尤其是電帆，幾乎不會向周圍發(fā)射明顯的可探測信號，是個名副其實的空間‘影子’。”謝侃說。

然而，平均1立方厘米空間中僅存在5個帶電粒子的稀薄程度也讓人們對電帆的速度擔(dān)憂。眾所周知，宇宙的距離動輒以光年計量，這意味著航天器的速度要達(dá)到光速的量級，航行時間才能與人類短暫的壽命相匹配。要知道，人類歷史上第一艘星際空間探測器“旅行者1號”從發(fā)射升空到飛離太陽系花了整整35年。

稀薄的帶電粒子決定了電帆需要大量的時間加速。林加姆表示，電帆通過反復(fù)接近恒星最終可以達(dá)到0.1倍光速，但他們估計，這需要在100萬年的時間里“遭遇”1萬次，但從人類壽命的尺度上看，100萬年太漫長了。

“如果宇宙中存在長壽物種，那么電帆就是一種相當(dāng)方便和節(jié)能的方式，可以在數(shù)百萬年的長時間段里探索銀河系。”林加姆說。

關(guān)鍵詞： 光帆 電帆 外星人