靠光驅動!新型太空船20年內可到達最近的太陽系外行星?

2019年04月24日
加州理工學院應用物理與材料科學教授哈里·阿特沃特(Harry Atwater)領導實驗室的研究人員通過在物體表面創建特定的納米級圖案,設計了一種僅使用光線去懸浮和推動物體的方法。
雖然這項研究目前仍停留在理論層面,但這意味著人們對新的太空推進方式的開發邁出了重要一步。理論上,使用這種僅靠光能驅動和加速的技術的太空船可以在20年內到達最近的太陽系外行星。
作為激光物理領域突破性發明的光學鑷子(2018年獲諾貝爾物理學獎),能利用激光操縱微小的物體,如納米粒子。然而,光學鑷子只能在非常短的距離內操縱,并且只能操縱非常小的物體。本研究的第一作者、博士后學者伊利奇(Ognjen Ilic)作了一個類比:“人們可以使用來自吹風機的穩定氣流來懸浮乒乓球。但如果乒乓球太大,或者距離吹風機太遠,這就不會起作用。”
激光推進納米圖案的概念圖
新研究的關鍵是在物體表面上創建特定的納米級圖案。這種圖案會與光相互作用,使物體在受到擾動時可以自行調整,產生恢復性的扭矩,從而使其保持在光束之中。有了這一特性,光學鑷子就不再需要高度聚焦的激光束,只要激光“編碼”了自身的穩定性,光源甚至可以在數百萬英里(1英里=1.609344千米)之外。
“我們已經想出了一種可以懸浮宏觀物體的方法,”人工光合作用聯合中心的主任阿特沃特說,“一個大膽有趣的應用就是使用這種技術來推動新一代的航天器。盡管目前距離實際應用還有很長的路要走,但我們正在測試其原理。”理論上講,這種航天器可以用地球發出的激光加速。它無需攜帶燃料,卻可以持續加速,使航天器最終將達到一個非常高的,甚至是相對論級別的速度,從而完全可以前往其他恒星。而傳統火箭的速度受限于自身所攜帶燃料的重量,燃料一旦耗盡,火箭就無法繼續加速,這導致它們無法在合理的時間內實現星際旅行。
除此之外,阿特沃特還設想在地球上使用該技術,以便能夠快速制造更小的物體,比如電路板。
來源:知識就是力量公眾號
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