我们能否利用超新星的冲击波来进行太空旅行？

laozeijsd

说到太空旅行，大家所幻想的一般都是电影中的画面，然而在现实中真的很难实现。旅程的距离是巨大的，需要的能量是巨大的，所涉及的时间尺度是天文数字！但是，如果有一种利用自然现象达到相对论速度(光速的一小部分)的飞船在恒星之间旅行的方法呢? 事实上，科学家们已经确定了宇宙中的物体能够做到这一点的情况，包括超新星爆炸加速的超速恒星和流星。哈佛大学教授马纳斯维·林根(Manasvi Lingam)和亚伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)对此进行了更深入的研究，他们最近探索了星际飞船如何利用超新星爆炸产生的波，就像帆船利用风一样，可能会起到加速的效果。 正如他们在研究中解释的那样，一个足够先进的文明有可能利用超新星释放的能量爆炸来加速宇宙飞船达到相对论速度。这些宇宙飞船将能够利用光帆来驾驭爆炸力。光帆可以是太阳帆或磁帆，这两个推进概念已经被天体物理学家探索了很久。这些概念依靠太阳产生的电磁辐射对高反射率的帆产生压力，从而产生不需要发动机或推进剂的推进力。 激光帆的诞生 我们知道推进剂是飞船总体质量的最重要的部分，而光帆/磁帆概念的优点是比传统飞船轻得多，因此发射到太空中要便宜得多。另一种可能性是依靠定向能(激光)来加速这类航天器，使其达到的速度远远高于仅靠太阳辐射可能达到的速度。作为非营利组织“突破计划”(Breakthrough initiative)的一部分，Starshot项目组目前正致力于制造一种激光帆，这种激光帆的速度可以达到光速的20%，使其在短短20年内到达半人马座阿尔法星(Alpha Centauri)。 因此，在综合考量之后，科学家计划让这样一艘宇宙飞船自然加速时，产生了使用超新星的想法: “早在2019年12月，我的妻子和两个女儿去旅行，我有幸独自在家呆了一周，思考科学。洗澡的时候，我在想为什么太阳不能有效地把光柱发射到高速，但一个更明亮的光源可能是有效的。我跟着这个想法与超新星的详细计算,它们比太阳亮数十亿倍。在一个星期内,我意识到与现有的参数可以达到光速，当然，前提是我们必须把它放置在大质量恒星爆炸附近。” 理论上，一颗超新星将有能力把“重量不到半克每平方米”的光帆加速到相对论速度，即使它在数百万公里之外。简单地说，超新星产生的能量和亮度相当于一个月里10亿个太阳产生的能量和亮度。而太阳风只能将光帆的速度提升到光速的千分之一(0.01%或0.001 c)，而超新星可以轻易地将光帆的速度提升到光速的十分之一(0.1 c)。 超新星推进法的挑战 这种方法的优势是显而易见的。与传统的光帆和磁帆相比，利用爆炸恒星提供的助推力的帆可以达到相对论速度，而不需要昂贵的基础设施(即大型激光阵列)。当然，这种方法的缺点也很明显。首先是时间问题。超新星不仅是一种罕见的现象;科学家们只能用很大的误差范围——通常是数百万年——来准确地预测它们。任何希望利用爆炸恒星的人都需要能够做出更准确的估计，并愿意等待很长时间。 不仅如此，它的缺点还不止于此，还包括超新星所造成的特殊危险。比如与周围气体的摩擦，由于风的质量损失，这些气体可能在大质量恒星附近密度很大。当然，人们可以通过折叠船帆来克服这个挑战，除了在发射期间，因为超新星的闪光会触发船帆的开启。 除此之外，还有设计和工程方面的问题需要解决。首先，风帆必须是由高反射材料制成，以避免吸收太多的热量和燃烧起来。其次，它们需要被放置在一个“备用配置”中，以防止它们受到太阳辐射的推动，直到恒星爆炸。 第三，帆的加速路径必须提前仔细选择，以避免任何障碍，并将与大型物体(如小行星)相撞的风险降到最低。最后，帆本身必须有某种屏蔽或结构，以保护它免受星际空间中气体和固体颗粒的伤害。因为帆船将以难以置信的高速行驶，即使是最小的粒子也会造成极大的碰撞风险。 不过科学家认为这些挑战是可以克服的，一个足够先进的物种将能够在垂死的恒星周围放置轻型帆/磁性帆，这样一旦恒星爆炸，它们就可以加速。这些帆可以作为信使飞船，通过前往有人居住的星系来证明先进文明的存在。 ? 在这方面，这个星际概念的可行性可能会对正在进行的地外文明搜索(SETI)产生影响。但是正如科学家在之前的研究中指出的那样，找到这些激光可能并不那么困难: “虽然它们周围的光帆可能太小，无法单独找到，但它们的弓形激波或通信信号的总和可以用现有的望远镜探测到……这一概念范式与戴森球体的精神相呼应，戴森提出了收集不太可能爆炸的恒星能量的巨型结构假说。如果我们有幸在我们的星系中有许多科技文明，可能会有成群的光航行在大质量恒星周围，耐心地等待着它们的爆炸。” 当我们进入一个天文学的新时代，下一代望远镜将使我们对恒星、行星系统和整个宇宙进行更详细的调查，超新星推进宇宙飞船是我们应该注意的另一件事。谁知道呢?也许我们的太阳系已经有人造访过了?你说是吗？