靠光驱动!新型太空船20年内可到达最近的太阳系外行星?

2019年04月24日
加州理工学院应用物理与材料科学教授哈里·阿特沃特(Harry Atwater)领导实验室的研究人员通过在物体表面创建特定的纳米级图案,设计了一种仅使用光线去悬浮和推动物体的方法。
虽然这项研究目前仍停留在理论层面,但这意味着人们对新的太空推进方式的开发迈出了重要一步。理论上,使用这种仅靠光能驱动和加速的技术的太空船可以在20年内到达最近的太阳系外行星。
作为激光物理领域突破性发明的光学镊子(2018年获诺贝尔物理学奖),能利用激光操纵微小的物体,如纳米粒子。然而,光学镊子只能在非常短的距离内操纵,并且只能操纵非常小的物体。本研究的第一作者、博士后学者伊利奇(Ognjen Ilic)作了一个类比:“人们可以使用来自吹风机的稳定气流来悬浮乒乓球。但如果乒乓球太大,或者距离吹风机太远,这就不会起作用。”
激光推进纳米图案的概念图
新研究的关键是在物体表面上创建特定的纳米级图案。这种图案会与光相互作用,使物体在受到扰动时可以自行调整,产生恢复性的扭矩,从而使其保持在光束之中。有了这一特性,光学镊子就不再需要高度聚焦的激光束,只要激光“编码”了自身的稳定性,光源甚至可以在数百万英里(1英里=1.609344千米)之外。
“我们已经想出了一种可以悬浮宏观物体的方法,”人工光合作用联合中心的主任阿特沃特说,“一个大胆有趣的应用就是使用这种技术来推动新一代的航天器。尽管目前距离实际应用还有很长的路要走,但我们正在测试其原理。”理论上讲,这种航天器可以用地球发出的激光加速。它无需携带燃料,却可以持续加速,使航天器最终将达到一个非常高的,甚至是相对论级别的速度,从而完全可以前往其他恒星。而传统火箭的速度受限于自身所携带燃料的重量,燃料一旦耗尽,火箭就无法继续加速,这导致它们无法在合理的时间内实现星际旅行。
除此之外,阿特沃特还设想在地球上使用该技术,以便能够快速制造更小的物体,比如电路板。
来源:知识就是力量公众号
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