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Engage Warp Drive!为什么星际旅行比它看起来更难

  Engage Warp Drive!为什么星际旅行比它看起来更难作者:Elizabeth Howell,Space.com贡献者

   2018年5月7日美国东部时间上午11:46 0 0 更多 Engage Warp Drive! 为什么星际旅行比它看起来更难科幻小说中的太空旅行者经常使用“扭曲驱动”来快速穿越太空中的长距离旅行。人类会不会想出如何比光更快地旅行?图片来源:Shutterstock 跳到最近的恒星系统或在银河系中翱翔有多难?典型的“星际迷航”或“星球大战”电影让它看起来很容易。当英雄们进行远程遇险呼叫时,他们使用“扭曲驱动”或“超级驱动”并在几分钟或几小时内到达目的地。如果我们得到了正确的推进力,我们是否有可能在现实生活中快速航行?大约50年前,人类正在月球上行走。但是我们在1972年停止了进攻,除了发送机器人探测器外,从未冒险进一步发展。人类从未去过木星,正如书和电影“2001:太空漫游”所承诺的那样,甚至是火星。是什么让旅行如此艰难?除了明显的人类健康问题(生活在微重力中往往会随着时间的推移削弱身体)和预算问题之外,到遥远的地方旅行还存在巨大的技术问题。太空探索将在“ AMC Visionaries:詹姆斯卡梅隆的科幻小说故事 ”中进行报道,该故事将于今晚(5月7日)播出。虽然专家们正在研究星际旅行概念,但他们警告我们对瞬时旅行的期望可能过高。美国宇航局科学家和科幻小说作家杰弗里兰迪斯警告说:“大多数科幻小说的速度快于光线旅行的问题似乎非常困难。”星际推进。[ 画廊:星际星际旅行的愿景 ] 广告詹姆斯卡梅隆(左)与“星球大战”创作者乔治卢卡斯站在一起。 詹姆斯卡梅隆(左)与“星球大战”创作者乔治卢卡斯站在一起。图片来源:Michael Moriatis / AMC 用纯粹的能量加速航天器将需要大量的推进力,更不用说你最终会遇到速度限制。根据阿尔伯特爱因斯坦一般世纪前的广义相对论所规定的物理学,当物体接近光速时,其质量达到无穷大。因此,换句话说,宇宙飞船的物理速度不如光速快。一些科幻故事(如1962年的儿童书“A Wrinkle in Time”,最近作为电影在影院上映)使用虫洞来解决即时旅行的问题。但是虫洞也存在问题。尽管黑洞是一个主要候选人,但很难弄清楚如何在一个地方获得足够的质量来创造一个。然后有一些问题,即弄清楚如何打开虫洞以及如何安全地穿过它们。无论您是在光速附近旅行还是使用虫洞,您都可能遇到时间膨胀的现象。爱因斯坦的狭义相对论表明,当宇宙飞船以接近光速的速度移动时,乘客的衰老速度将慢于其家乡的朋友和家人。因此,长途旅行的人可能会回来找到他们的亲人大大衰老或死亡。 甚至国际空间站上的宇航员也会在返回地球时经历时间膨胀(在很小程度上)的影响。这发生在宇航员斯科特凯利在2015年至2016年间在太空中度过近一年之后。当他回到家时,他的双胞胎马克凯利的年龄差距增加了5毫秒。真实的星际旅行 星际旅行仍然是可能的,但据我们所知,最好的选择是现在考虑当地。离我们最近的恒星系统是Alpha Centauri。2016年,科学家们发现了一颗地球大小的行星,位于半人马座阿尔法星的一颗恒星的可居住区域,一颗名为Proxima Centauri的红矮星。(有关Proxima Centauri的恒星活动是否在其星球上存在太多的生命辐射的争论,但是陪审团仍然在那里。)半人马座阿尔法星足够接近迷人:如果你以光速旅行,大约需要四年时间。但速度较慢,它仍然相当远。如果旅行者2号航天器(它于1977年发射并于2012年突破星际空间)向这个方向飞去,那么它将无法再进入半人马座阿尔法星期75,000年。我们需要一个更快的解决方案。早在1998年,兰迪斯的星际概念之一就由美国宇航局的创新先进概念(NIAC)项目资助; NIAC研究了几十年来可能无法使用的太空探索的远景。从本质上讲,兰迪斯的建议建议使用激光来推动装有风帆的航天器,这是基于物理学家罗伯特·沃德在1984年发表的观点。这个概念后来被Breakthrough Starshot小组选中,该小组在2016年宣布它希望最终将迷你宇宙飞船发送到Alpha Centauri。兰迪斯说他的想法对人们有用,但除非你让宇宙飞船非常小(正如突破所提议的那样),否则你不会很快到达半人马座。只有你“发送一个非常小的探测器,”他告诉Space.com,“你可以让它更小更快,也许可以在不到一辈子的时间内到达最近的恒星。” NIAC继续资助星际研究,就像2017年在加利福尼亚州莫哈韦的太空研究所向Heidi Fearn 授予第一阶段资助时所做的那样。在该授权中研究的星际航天器推进类型可能会使用马赫效应在宇宙中移动。术语“马赫效应”是指物体的其余质量如何随着它们的加速而变化,其内部能量发生变化。 其他星际思想 当然,激光并不是远离某个地方而且速度快的唯一解决方案。早在1958年,通用原子公司的特德泰勒和普林斯顿大学的物理学家弗里曼戴森就开展了一项名为Project Orion的计划,该计划将利用原子弹爆炸来推进宇宙飞船。但兰迪斯告诫说,猎户座的建议将需要30万至3千万枚氢弹。“这是一件非常艰难的事情,”他评论道。然而,核电仍然是太空旅行的一个受欢迎的思想实验。在20世纪50年代,NASA /美国原子能委员会联合计划称为火箭车辆应用核引擎(NERVA),研究核裂变(裂解原子)作为绕太阳系行进的一种手段。该领域的研究仍在继续。上周,美国宇航局和美国能源部国家核安全管理局发布了一项名为Kilopower Reactor Using Stirling Technology(KRUSTY)的演示结果。他们的系统表明,核裂变可以用于进入太阳系目的地,如月球或火星。 核聚变(融合原子)是另一种可能性; 美国华盛顿大学的约翰斯劳于2012年提出的NIAC提案,研究了一种快速进入火星或其他目的地的融合火箭。英国行星际协会(BIS)在20世纪70年代也在一项名为Project Daedalus的计划中对融合进行了研究。反过来,BIS项目被Icarus Interstellar选中,该项目的目标是到2100年设计一艘可以使用聚变技术的星舰。需要注意的是,目前的聚变反应堆系统效率低,需要比实际输出更多的能量输入。 “我们至少可以制造聚变炸弹,并在聚变反应堆方面取得了进展,”Icarus Interstellar的董事兼前总裁理查德·奥布西告诉Space.com。“如果有一致的努力,这几十年内不会超出可能性范围。” 其他可能性包括离子推进(用电加速核离子,例如在机器人黎明太空船中进行)或核电推进器,它们提供很小的推力但在燃料使用方面更有效。为了更快地移动,可以使用反物质引擎,该引擎将与正常物质相互作用以高速推进船舶。这里面临的挑战不仅在于大量产生反物质(我们还不知道如何知道),而且在我们希望它发生时确保爆炸发生。毕竟,如果反物质和物质接触,它们会立即相互消灭,释放出巨大的能量。还有使用化学火箭的蛮力方法:使用液氧和液氢等燃料,从地球上常规发射的火箭类型。航天器可以使用足够的推进力来达到光速的 10%。天体术语并不是那么快,但足以让它以合理的速度前进。 但正如Obousy所说,单级火箭需要的质量比已知宇宙中存在的更多。“这可以通过多个阶段得到缓解,但它可以让你了解为什么光速是化学火箭的一个不切实际的选择,”他补充道。新视野这是一场像科幻一样悠久的战斗:哪个更好,星际迷航还是星球大战?加入战斗,让我们知道! 星球大战!Luke和Vader可以用Kirk的Enterprise擦拭地板。 星际迷航!对于James T. Kirk和企业工作人员来说,Whiny Luke无法拥有光剑。此外,Trek是第一个。 变形:生命比力量和星舰更重要。每个人都知道神秘博士统治学校。 获得结果 分享这个每当人类确实想知道如何远航进入星际空间时,我们将获得利益和新的见解,即使是(相对)短途旅行到阿尔法半人马座,NASA的Landis和Icarus Interstellar的Obousy说。首先,星际旅行将为人类提供一些支持,以防我们自己的太阳系最终居住; Obousy说,理论上我们可以航行到另一个世界并继续住在那里。此外,科学家们很乐意研究星际介质(位于恒星之间的气体和尘埃),公众会欣赏遥远世界的特写照片,他说。 “我认为我们不能低估像近距离拍摄另一个太阳系中的行星图像那样巨大的东西,”Obousy说,“然后当然,这更令人兴奋,还有天体生物学研究。我们知道,我们是宇宙中唯一的生命,但我认为在其他世界中存在生命的想法当然是非常诱人的,我认为人们很感兴趣。“ 兰迪斯说,如果探索太空有一个教训,那就是宇宙比我们想象的更“怪异”。例如,用开普勒太空望远镜完成的系外行星的观测显示太阳系与我们自己的系统不同。有些人有“ 热木星 ”,或者是巨大的气体巨行星,它们在母星附近轨道运行。其他太阳系可能有“ 超级地球 ”,或者是地球大小与海王星之间的岩石世界。因此,这使得人们更难预测人们在远眺地方时会遇到什么,兰迪斯说。 “我们从未想到过各种各样的事情,”他说。“所以,如果我们解决问题然后出去开始探索其他星球,我们发现的第一件事就是它们比我们所能相信的更奇怪。” 这个故事的灵感来自于“ AMC Visionaries:詹姆斯卡梅隆的科幻小说故事 ”第2集,该节目于今晚美国东部时间晚上10点(晚上9点)播出。Amazon.com上提供了一本配套书。

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