本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在夏威夷的海滩上,经常可以看到一群冲浪者利用强大的海浪加速自己,达到高速。外星文明是否会尝试通过“冲浪”爆炸恒星发出的光芒来做类似的事情?
一个每平方米重量不到半克的光帆,即使它离超新星的距离是地球离太阳距离的一百倍,也可以达到光速。这是因为典型的超新星的光度相当于十亿个太阳的光芒持续一个月。即使设计最佳的光帆从离太阳半径10倍的距离(帕克太阳探测器的最近距离)开始旅程,太阳本身也几乎无法将其加速到光速的千分之一。终端速度与恒星光度与初始距离之比的平方根成正比,对于最明亮的恒星可以达到光速的十分之一。
强大的激光器可以比太阳更好地推动光帆。突破摄星项目旨在通过使用每平方米可达10吉瓦的激光束(比地球上的阳光亮1000万倍)推动轻型光帆几分钟,从而达到光速的十分之几。但是要达到这个目标,需要在生产和准直这种光束所需的基础设施上进行大量投资。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关当今世界正在塑造的发现和想法的有影响力的故事的未来。
或者,一个恰好居住在诸如参宿四或海山二等大质量恒星附近的文明,可以在它周围停放许多光帆,等待强大的爆炸,这将以最低的成本将这些光帆发射到光速。
当然,也存在挑战。首先是耐心。大质量恒星的寿命长达数百万年,很难预测它们爆炸的确切时间。例如,海山二的寿命为数百万年,但要将其死亡预测到仅有千年精度的程度,就像预测一个老年人在达到平均预期寿命后可能在哪一年死亡一样具有挑战性。
光帆可以在爆炸之前,使用廉价的化学火箭运输到目的地。这个旅程将花费数百万年的时间,穿越孕育了大质量恒星的分子云。只有在该星云附近的文明才能使用化学推进器在恒星爆炸之前到达该恒星。相同的火箭发动机将使光帆能够根据爆炸后旅程的期望方向,以相对于恒星的适当方向悬停。
但是,正如犹太谚语所说:“有很多理由令人担忧。”首先,如在星际迷航中一样,光帆必须具有高反射性,以免吸收过多的热量而烧毁。其次,一旦将光帆放置在围绕大质量恒星的轨道上,它们将被爆炸前的明亮星光或质量损失推开。为了避免这种危险,可以将光帆以折叠的配置部署,并为它们配备一个开关,一旦爆炸闪光开始上升,它们就会像雨伞一样打开。
第三,即使发射可以从比爆炸恒星大一百倍的距离开始,也必须注意选择特别空的加速路径,以便避开任何恒星碎片;当相对速度接近光速时,尘埃颗粒会像微型原子爆炸一样刺穿光帆,而气体颗粒会减慢光帆的速度,因为它扫过的环境物质的重量与自身相当。一旦光帆达到其终端速度,它就可以沿其运动方向折叠成针状配置,横截面积很小,以最大程度地减少损坏和摩擦。
诸如海山二之类的巨大质量恒星可能会坍缩成黑洞,并产生强大的辐射束,天文学家从宇宙各处观察到这些辐射束为伽玛射线爆发。碰巧在爆炸时位于这些光束方向上的光帆将获得非凡的提升,这可以使光帆的相对论洛伦兹因子达到一千,使它们能够在它们自身的静止参考系中,在不到人类一生时间内穿越整个银河系。 电帆也可以在由脉冲星或黑洞喷流产生的相对论风中冲浪时达到类似的速度。
在恒星爆炸时发出的明亮闪光之前,可能会出现强烈的微中子爆发(如从SN 1987A中检测到的)和引力波,但是很难利用这些成分的推力,因为它们与物质的相互作用非常弱。
考虑到它们在推进方面的潜在效用,大质量恒星或它们的超新星遗迹应成为寻找外星智慧(SETI)中令人感兴趣的新目标。围绕它们的光帆可能太小而无法单独找到,但是它们弓形冲击或通信信号的总和可以使用现有望远镜检测到。
在超新星遗迹中是否有快速移动的物质的证据?是的,有,但这很可能起源于自然原因。超新星喷射物通常以光速的十分之一的速度向外移动,并且在诸如船帆座和W44之类的遗迹中已经检测到移动更快的物质。此外,已知最强大的爆炸,例如超新星或伽玛射线爆发,会产生接近光速的自然外流,并且要分离其中的任何人工成分将具有挑战性。
利用自然闪光的速度航行,可以避免人工发射系统的高昂建设成本。这个概念范式呼应了戴森球体的精神,这是弗里曼·戴森假设的,用于收集不太可能爆炸的恒星能量的巨型结构。如果我们很幸运在我们的星系中拥有许多技术文明,那么在大质量恒星周围可能会有大量的光帆,耐心地等待它们的爆炸。
但是在我们让未来的旅行社将这些烟火作为有吸引力的旅游目的地进行营销之前,最好先知道一个问题的答案:大质量恒星的环境是否已经像夏威夷的海滩一样拥挤着冲浪者?