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1 # 漫步科學
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“階梯計劃送雲天明的大腦給三體艦隊,利用光推動的飛船真的可行嗎?”,當一束光照射到物體表面時會產生光壓效應,所以利用光來推動飛船是有科學根據的。
階梯計劃
科幻小說《三體Ⅲ•死神永生》中,人類為了對抗三體人的入侵,構想出了將人類送入三體艦隊的計劃,在該計劃中,由大量核彈排列成探測器的加速軌道,探測器安裝在巨大的輻射帆上,輻射帆用來接收核彈爆炸時產生的輻射壓,依靠核彈的接力爆炸,從而使探測器不斷加速,在階梯計劃中,預計探測器會加速到百分之一光速,但是由於第998顆核彈爆炸時,有一根固定輻射帆的帆索斷了,從而導致整個飛行器加速方向產生了偏移。
在階梯計劃中,由於核爆炸產生的輻射壓非常小,所以就需要儘可能大的輻射帆和儘可能輕的載體,所以該計劃由最初的“送人”變成了“送大腦”。雖然飛行器偏離了預定航線,但是最終這顆“大腦間諜”最終還是被三體艦隊成功接收,其原因或許是當時的地球已經處於智子監控下,階梯計劃的整個過程三體人也是心知肚明,它們完全有能力去飛行器的“偏離航線”截獲這顆大腦。
光壓
光之所以可以作為飛行器的動力,是由於光照射到物體表面會產生壓力,我們簡稱為光壓,光壓也被稱為輻射壓,任何波長的電磁波都可以產生光壓。
其實在很早的時候科學家就認識到了光壓現象,比如十七世紀時天文學家開普勒對於解釋為什麼太陽系內彗星的尾巴總是背離太陽時,就用到了光壓原理。到十九世紀,物理學家麥克斯韋透過電磁理論推算出光壓的計算方法,光壓的大小可以透過電磁場中的能流密度向量值與光速的比值來計算。
對於光壓效應的原因,經典物理學認為光壓本質上是一種能量的傳遞方式,當一束光照射到物體表面時,就相當於光把自身的動量傳遞給被照射物體。隨著物理學的進步,人們逐漸認識到光具有波粒二象性,因此對於光壓效應我們可以從光的粒子性來解釋,一束光包含大量的粒子,當光照射到物體表面時,大量的粒子會撞擊物體,這種持續的碰撞效果反映到宏觀世界就是光壓效應,其過程滿足動量守恆定律。
光帆飛行器
光可以產生壓力,所以我們只需要接收這種壓力,就可以轉化為飛行器的動力,和大海上的風帆類似,用來接收光壓的帆被稱為光帆。
由光產生的壓力是非常小的,但其依然滿足衝量定律,科學家估計,在太空中一個直徑兩千米的光帆在正對太陽時,可以接收到1.5噸的推力,雖然這個力不算很大,但是太Sunny可是近乎無限的能源,足以使光帆加速到極高的速度。
依靠光壓原理,科學家設想過許多光帆飛行器,比較有名的如霍金的"突破攝星”計劃,該計劃認為可以透過鐳射為郵票大小的探測器提供動力,並最終使這種微型探測器加速到光速的五分之一,僅需二十年左右就可以抵達半人馬座α星,從而使星系間探索稱為可能。
關於光帆飛行器的研發,日本與美國一直走在前列,今年6約25日,搭乘SpaceX獵鷹重型火箭的“光帆2號”成功發射,並於7月底“光帆2號”依靠太Sunny的光壓效應,成功實現了軌道提升。
結語
綜上所述,由於光壓效應的存在,利用光推動飛船是有科學根據的。