物理学家提出「恒星引擎」新构想,100 万年内让太阳系移动50光年

不断运行的太阳系未来终将走到超新星(supernova)爆炸这种剧烈环境,天文学家虽能在百万年前预测到此状况,但人类要如何耗费巨大的能量来移动整个太阳系?伊利诺州立大学(Illinois State Normal University)天体物理学家提出了一种新的恒星引擎(Steller Engine)构想,理论上这种装置能将整个太阳系在100 万年内移动50 光年。

物理学家提出「恒星引擎」新构想,100 万年内让太阳系移动50光年

戴森球

随着人类文明的发展,对于能源的需求量也大幅上升。对此,物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)认为,未来人类的能源需求将需要借助能从恒星中获取大量能量的装置,因而提出了戴森球(Dyson Sphere)的概念。这种恒星引擎是一种包围母恒星的巨大球状结构,可以获取恒星大部分或全部的能量输出。

什卡多夫推进器

在恒星引擎中,较为简易的是俄国科学家莱昂尼德·什卡多夫(Leonid Shkadov)提出的什卡多夫推进器(Shkadov Thruster)。其概念是使用大量的镜子形成弧形的装置包围一侧的太阳,藉由反射光子产生的动量来推动引擎,并以其与太阳产生的平衡重力场拖动整个太阳系。但为避免引擎反射的大量光子对运行在周围的行星产生破坏,该装置必须架设在太阳的北极点上,因此在移动方向的控制上较为受限。

卡普兰推进器

为解决什卡多夫推进器在方向控制上的问题,伊利诺州立大学的天体物理学家马修·卡普兰(Matthew Caplen)设计出卡普兰推进器(Caplan Thruster)。这种装置透过收集太阳风的氢(hydrogen)与氦(helium)作为核融合的燃料,放射出两束能量——一种能量用来推进太阳,另一种能量则用来保持推进器与太阳的距离。前者是由核融合产生的具放射性氧构成,后者则是氢。

但仅靠太阳风产生的氢与氦,不足以推动太阳带动整个太阳系,必须借助戴森球来集中太阳光子至靠近推进器的区域,使其加热至更高的温度来产生大量的原料提供核融合反应。这种设计不只能控制移动的方向,理论上也能在100 万年内推动太阳系前进50 光年,比什卡多夫推进器的230 万年移动100 光年还要快速。因此用于推动太阳系逃离银河系中危险区域上,有较大的帮助。不过这些恒星引擎的推进器仍停留在科幻小说的阶段,人类文明要发展至建立如此庞大的机器,在科技上仍有许多要突破的地方。

参考资料:

  1. Nield, D. (nd). Physicist Proposes Radical New \'Stellar Engine\' That Could Move Our Entire Solar System. ScienceAlert
  2. Caplan, ME (2019). Stellar engines: Design considerations for maximizing acceleration. Acta Astronautica , 165 , 96–104. doi: 10.1016/j.actaastro.2019.08.027
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