太陽(yáng)帆技術(shù)將助力人類的深空探索

在廣闊的太空中，太陽(yáng)帆可以像帆船利用風(fēng)能那樣利用太陽(yáng)能。而一項(xiàng)新研究表明，這種技術(shù)有望成為探測(cè)太陽(yáng)系中兩顆冰凍衛(wèi)星（木衛(wèi)二和土衛(wèi)二）生命蹤跡的解決方案，且成本完全可控。

能夠幫助人類探索太空的太陽(yáng)帆技術(shù)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

瑪納斯維?林加姆是佛羅里達(dá)理工學(xué)院的天體生物學(xué)家，他為本文的采訪者做了這方面技術(shù)的介紹：

傳統(tǒng)的火箭需要攜帶大量燃料產(chǎn)生推力，而太陽(yáng)帆只需要利用陽(yáng)光產(chǎn)生的推力在太空中巡航。這是因?yàn)楫?dāng)光子轟擊到太陽(yáng)帆表面時(shí)，會(huì)賦予其動(dòng)力。因此，陽(yáng)光的作用就像風(fēng)一樣。

光子產(chǎn)生的推力雖然微弱，但卻是持續(xù)不斷的，這意味著它們可以將太陽(yáng)帆探測(cè)器加速到傳統(tǒng)火箭無(wú)法達(dá)到的速度。而傳統(tǒng)火箭由于需要攜帶推進(jìn)劑，其速度反而受到限制，并且會(huì)導(dǎo)致飛行器尺寸的增加。太陽(yáng)帆依賴陽(yáng)光來(lái)獲得動(dòng)力，因此它們無(wú)需攜帶燃料。

當(dāng)前各種傳統(tǒng)火箭由于需要攜帶大量燃料，這導(dǎo)致其最大速度受限（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

由于太陽(yáng)帆依賴于陽(yáng)光，因此它們的使用場(chǎng)景也會(huì)局限在太陽(yáng)系內(nèi)部那些陽(yáng)光充足的地方。但是至少在理論上，如果在地球上或者拉格朗日點(diǎn)（在這個(gè)位置的設(shè)備可以保持位置的相對(duì)穩(wěn)定）部署一系列微型激光器，則可以為太陽(yáng)帆提供額外的動(dòng)能，將其推離太陽(yáng)系。

激光推動(dòng)的太陽(yáng)帆示意圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

按照林加姆團(tuán)隊(duì)的研究，估計(jì)一個(gè)100千克的太陽(yáng)帆可以在1-3年內(nèi)到達(dá)“木衛(wèi)二”，或者在3-6年的時(shí)間內(nèi)到達(dá)“土衛(wèi)二”。

美國(guó)國(guó)家航空與航天局發(fā)射的朱諾號(hào)木星探測(cè)器在9月29日靠近木星二時(shí)，對(duì)這顆衛(wèi)星的拍攝照片。拍攝時(shí)，探測(cè)器距離木衛(wèi)二表面約1500公里。

為什么科學(xué)家特別關(guān)注兩顆衛(wèi)星？因?yàn)樗鼈兌急徽J(rèn)為在冰覆蓋的外表下，存在一個(gè)鹽質(zhì)的海洋。這使得它們成為太陽(yáng)系內(nèi)搜索生命的誘人目標(biāo)。其中，土衛(wèi)二的南極地區(qū)間歇性噴水現(xiàn)象已經(jīng)為人所知，木衛(wèi)二上面也發(fā)現(xiàn)了存在蒸汽水柱的跡象。

科學(xué)家們確認(rèn)木衛(wèi)二存在水柱蒸汽（示意圖，來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

如果能夠?qū)@種柱狀蒸汽進(jìn)行取樣，也許會(huì)發(fā)現(xiàn)其中包含構(gòu)成生命的氨基酸等分子，這可以讓科學(xué)家們了解到這兩顆衛(wèi)星的海洋成分構(gòu)成。這樣，探測(cè)器就無(wú)需降落在冰面上進(jìn)行鉆洞取樣。

但還存在一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)飛過(guò)這些蒸汽柱時(shí)，探測(cè)器的相對(duì)速度可能會(huì)導(dǎo)致微粒高速碰撞檢測(cè)儀器，意味著分子的結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，導(dǎo)致生命信號(hào)判斷的失敗。根據(jù)林加姆和他的團(tuán)隊(duì)2月28日在宇航學(xué)報(bào)上面發(fā)表的論文，為了避免這個(gè)問(wèn)題，太陽(yáng)帆必須將速度降低到最低，以每秒6公里的相對(duì)速度飛過(guò)。

光帆2所用的太陽(yáng)帆（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

這種特殊的太空技術(shù)并非第一次出現(xiàn)。比如2019年被發(fā)射到地球軌道的眾籌項(xiàng)目“光帆2”。這是一個(gè)鞋盒大小的太空飛船，由非盈利組織“行星協(xié)會(huì)”控制。到2022年11月的三年時(shí)間中，光帆2已經(jīng)繞行18000圈，走了800萬(wàn)公里，其比最初設(shè)計(jì)的壽命長(zhǎng)了3倍，向人們展現(xiàn)了太陽(yáng)帆技術(shù)的可行性。

日本于2010年發(fā)射的伊卡洛斯太陽(yáng)帆利用陽(yáng)光進(jìn)行深空旅行的圖片（來(lái)自日本宇航探索局）

此外，太陽(yáng)帆也在遠(yuǎn)離地球的地方得到過(guò)應(yīng)用：遠(yuǎn)在2010年，日本的伊卡洛斯探測(cè)器就為人們展現(xiàn)了深空之中太陽(yáng)帆技術(shù)的應(yīng)用。

部分科學(xué)家甚至認(rèn)為太陽(yáng)帆技術(shù)可以幫助人類完成星際旅行任務(wù)。比如2016年公布的耗資100萬(wàn)美元的“突破攝星計(jì)劃”，這個(gè)計(jì)劃準(zhǔn)備建立大量微型晶片大小的輕量級(jí)飛船，并將它們發(fā)射到半人馬座的阿爾法星（一顆距離地球最近的恒星系統(tǒng)）。其由激光束推動(dòng)，最終將會(huì)加速至20%光速，因此這些光帆僅需要20年即可到達(dá)阿爾法星，在我們有生之年內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)。

林加姆表示：我們使用傳統(tǒng)的火箭技術(shù)探索太陽(yáng)系已經(jīng)有65年之久，使用化學(xué)推進(jìn)劑的方式終將達(dá)到一個(gè)瓶頸。而太陽(yáng)帆技術(shù)將開啟太空探索的新時(shí)代，尤其適合探索那些“最有希望成為生命棲息地”的地方。

BY:Sharmila Kuthunur

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