科学|大气层能使一艘失控的宇宙飞船减速吗？
尤里·米尔纳（Yuri Milner）和斯蒂芬·霍金（Stephen Hakwing）联手宣布了“Breakthrough Starshot”计划 。 这个计划是利用一个巨大的激光阵列来加速一个非常轻的激光帆 ， 并将其连接在宇宙飞船上 ， 使之以超过光速20%的速度航行 ， 目标是离我们最近的恒星之一 。
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图片来源:Breakthrough Starshot ， “starchip”飞船激光帆的概念 。
在这样的速度下 ， 宇宙飞船应在其发射后一个人的生命周期内到达 ， 多么伟大的壮举！虽然要让这个项目成为现实 ， 还需要面对大量难以置信的技术和经济挑战 ， 但亚历克斯·斯托克顿（Alex Stockton）准备实现它 ， 可问题也随之而来：
“爸爸和我一直在讨论尤里·米尔纳（Yuri Milner）和斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出的宇宙飞船的可能性 。 爸爸推测 ， 一旦飞船抵达一颗行星 ， 就会利用大气阻力来减慢它的速度 。 我认为减速效果绝对不会很明显 ， 且会导致巨大的爆炸 。 究竟谁是对的？”
毕竟 ， 飞船穿越数光年到达附近的行星系 ， 其目的大概不只是将太空垃圾带到整个银河系 。
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艺术家构想的“starchip”—一张Breakthrough Starshot视频中的截图 。
与此相反的是 ， 我们想要建立一个普遍存在于外星世界的系统 ， 具有充分的潜能去探索外星世界 ， 获取数据 ， 甚至有一天把我们发现的东西还给我们之中仍然生活在地球上的人 。 目前 ， 我们已经从遥远的系外行星研究中了解了大量关于外星太阳系的知识 ， 但是—正如“新地平线”号、“黎明”号和“卡西尼”号等任务所显示 ， 即使是在我们自己的太阳系中—也无法做到如此 。
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系外星系图解 。 图源：NASA/David Hardy ， astroart.org 。
如果我们能做到这一点 ， 这本身就是一个不可思议的壮举 。 如果我们能成功地瞄准目标 ， 并将自身加速到足够的精度和强度 ， 我们就能以大约每秒6万公里的速度到达我们任何与我们相关的行星或恒星系统 。 想想这个速度：每秒6万公里 ， 或大约每小时1.34亿英里 。 如果这听起来比你知道的任何其他事情都要快 ， 那么有一个很好的理由：确实如此 。 它比我们所知道的任何宏观物体都要快 ， 比我们逃离我们银河系的引力所需要的速度还要快百倍 。 如果你撞入了一个很小且在扩散的中性气体区域 ， 所产生的热量将是巨大的 。 毕竟 ， 在是低速几千倍的速度时 ， 只有最先进的防热罩才能在重返地球大气层时幸存下来 。
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图片来源:NASA/Kim Shiflett ， 宇航员Bob Crippen的Gemini-B太空舱 ， 以及严重受损(但完好无损！)的隔热罩 。
但是以几千倍的速度前进会使情况变得更糟 。 如果你曾经在街上开车时打开车窗 ， 你可能会注意到关于风力的一些有趣的事情:如果你以两倍的速度行驶 ， 你会感觉到四倍的风力 。 航天器的能量、摩擦和加热也存在同样的问题；如果你以两倍的速度运动 ， 你会以四倍的速度升温 ， 如果你以十倍的速度运动 ， 你会以一百倍的速度升温 。 要了解“starchip”飞船在大气层中可能经历的情况 ， 你可以类比一个与我们在地球上所经历过的最接近的情况:流星 。
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2014年 ， 阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列拍摄 。 图片来源:ESO / C 。 马林 。 2014年 ， 阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列拍摄 。 图片来源:ESO / C 。 马林 。
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