在你左边的是半人马座阿尔发系统
在所有人类探索星系的大胆方案中,突破星击(Breakthrough Starshot)可以说是最’不寻常的’:利用雷射把一艘邮票大小的太空船送到离我们最近的恒星系统,半人马座阿尔发(Alpha Centauri) 系统。
以光速的20%行进,这个奈米探测器可以在仅仅20个地球年完成4.37光年的旅程,并且可能给我们一个机会来研究太阳系外已知最接近太阳系的类地行星(Earth-like planet),比邻星b(Proxima b),比邻星b可能抚育着生命。
唯一的问题是,那么快的速度,实际上要如何减速呢? 科学家认为他们可能会有答案。
德国的研究人员提出一种方法,把煞车应用到行驶高达每秒13,800公里(8574.9英里)的星际太空船。
在像这样的情况,煞车是非常强制的,因为没有办法减速,星际探测器就会在几秒钟内超过整个太阳系,几乎没有时间来实际收集所设定要调查的宇宙天体的资讯。
天文物理学家麦可‧希普克(Michael Hippke)告诉在国家地理杂志的娜迪亚‧德瑞克(Nadia Drake):“只有几秒钟来拍一些快照,如果你错过了目标,这一切都没有了。”
“相较之下,如果你设法进入围绕目标的轨道,只要探测器起作用,就可以待在那里。”
希普克和来自马克斯‧普朗克太阳系研究所(Max Planck Institute for Solar System Research)的研究员同事瑞尼‧海勒(René Heller)表示,一种应用煞车和摆动进入轨道的方法是,在太空船接近目的地时展开太阳帆,并利用半人马座阿尔发系统的恒星辐射和重力来减速太空船。
在新研究中,他们展望一艘比邮票尺寸的突破星击探测器更大的太空船,但仍然只有大约一条肥皂的尺寸和重量(小于100克)。
虽然突破星击太空船被建造成在它的背后接受从地球发射的雷射作为推进剂,但是德国的计划是把太空船连接到一个巨大的轻重量帆,面积10万平方公尺,相当于大约14座足球场。
这张帆会抓住来自太阳的光子,加速太空船,并且把它送到前往半人马座阿尔发系统的路上。然后,相同的原则可以反过来使用:一旦探测器抵达目的地,来自半人马座阿尔发系统的恒星辐射会撞击这张帆,对探测器施加煞车力。
研究人员的计算,在太空船进入半人马座阿尔发系统恒星A的4百万公里(249万英里)内,需要展开这张帆。
虽然来自恒星的光子会撞击这张帆并且使太空船减速,但太空船还会受到半人马座阿尔发系统恒星A重力场的影响。
这不仅意味着这艘探测器可能能够安顿在半人马座阿尔发系统恒星A周围的一个固定轨道上,而且研究人员还认为这艘探测器可能能够利用来自恒星的辐射,来引导它到达半人马座阿尔发系统恒星B,甚至可能到达比邻星(Proxima Centauri),这个系统的第3颗恒星,拥有比邻星b,一颗可能证明是适合居住的类地行星。
这一切听起来实在太棒了。尽管研究人员这艘运用太阳帆的太空船可以提供突破星击目前所欠缺的有用机动性,但它的代价是:速度。
突破星击预计达到光速的20%,意味着它只要20年就可以到达半人马座阿尔发系统。
相较之下,轻帆太空船只会达到光速的4.6%(每秒13,800公里或8574.9英里),意味着要大约95年才能达到半人马座阿尔发系统,然后再花46年左右到达比邻星。
当然,任何即使是理论上的可能,依然是大大的鼓舞人心。但是延长任务时间真的很可悲地在蚕食突破星击诱人的迫切。
这项计划的首席科学家、来自哈佛大学的天文物理学家阿维‧勒布(Avi Loeb)告诉国家地理杂志:“定义突破星击概念的主要限制是,要在我们的寿命内拜访半人马座阿尔发系统。”
虽然在研究人员的假设模型中,太阳帆太空船可能比突破星击慢,但是研究小组认为,对太阳帆的改善,目前设想由石墨烯做成,最终能够让太阳帆太空船变得更快,并且有助于吸收辐射,来为太空船和通讯系统提供电力。
研究人员正在和突破星击计划的成员进行讨论,看看他们的研究是否能够为1亿美元的计划开闢新的想法。
如果不行,这两个概念并不会相互排斥,而且很可能研究任务涉及到多种探测器,每一种探测器以自己独特的方式,帮助我们探索银河系。
海勒在一份新闻稿中说:“我们的新任务概念可能产生很高的科学回报,但只有我们的孙子的孙子才能够得到。”
“另一方面,突破星击运作在几十年的时间规模上,而且可以在一个世代实现。因此,我们可能已经为突破星击确定了一个后续长期的概念。”
这项研究成果在天文物理学期刊通讯(The Astrophysical Journal Letters)上报导。
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