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星际介质:穿越宇宙虚空

返回列表发布时间:2018-05-16

星际介质的注释说明。太阳重力透镜标志着星际空间中的概念航天器可以将我们的太阳用作巨大的透镜,从而允许行星绕行其他恒星的放大特写。

em从某种意义上说,人类进入恒星之间的巨大飞跃已经开始。美国宇航局的旅行者1号探测器突破了太阳的磁泡,触及星际风。旅行者2号也不甘落后。新地平线击中冥王星,途中遇到更遥远的侏儒世界 - 太阳系边缘的瓦砾。 / em

离家很近,我们正在研究帮助我们跨越更远距离的技术。宇航员在国际空间站上种植的长叶莴苣盛宴,也许是前往火星途中的未来宴会或深空的预览。

目前,将人类送给其他明星依然牢牢掌握在科幻小说领域 - 就像在新电影“乘客”中一样,冬眠的旅行者在飞行中醒来。但是,尽管到目前为止美国宇航局并未提出超出我们太阳系的新任务,但科学家和工程师正在勾画出可能有一天可能帮助我们实现这一目标的技术。

美国宇航局的“火星之旅”计划旨在建立机器人任务,将人类送往红色星球,这可能有助于奠定基础。

美国宇航局空间技术任务总监Jeffrey Sheehy说:“推进,动力,生命支持,制造,通信,导航,机器人:火星之旅将迫使我们在这些领域的每一个领域都取得进步。 DC“这些系统的先进性不足以完成星际任务。但是火星正在让我们进入更远的太空。这是向明星迈进的一步。“

绘制未知数

将乘客风格抛向最近的明星,Proxima Centauri,会让自己跋涉几乎不可思议的巨大距离。我们需要真正的奇特技术,例如假死或多代生命支持。这使得亲自访问远远不够,至少在近期内。

但是机器人星际探测器的可能性正在变得更加突出。太空探测先驱们表示,恒星之间的辐射,能量和颗粒沐浴空间 - 即所谓的星际介质 - 本身就是一个有价值的科学目的地。

“我们需要更多的探索者,更多的地方探索这个地区,所以我们可以更好地理解我们的太阳和星际介质之间的接口条件,”美国宇航局喷气推进实验室在加利福尼亚州帕萨迪纳的工程研究员Leon Alkalai说,共同撰写了关于探索星际空间的2015年报告。 “像古代水手一样,我们想开始创建一张地图。”

Alkalai的报告“探索星际介质的科学和辅助技术”,描绘了大部分未知区域的知识和未知情况,从柯伊伯带黑暗,遥远,矮小的世界到“低头冲击” - 动荡的过渡想把太阳的血浆泡沫与星际风分开。报告在凯克空间研究所的两次研讨会上吸取了30多位专家的意见,对这个宇宙浩瀚的结构,构成和能量流动提出了迫切的问题。它使用现代技术描绘了可能的星际探测器中最详细的照片之一。

报告的一部分着重于“设计参考使命”,这是一个概念性的起点,它允许研究人员开始梳理一些星际探测器的技术要求。报告称,由此产生的探测概念本意是“敢于冒险,具有挑战性,鼓励公众参与”,“朝尝试接触另一颗明星迈出理性的第一步”。这是美国国家航空和宇宙航行局科学家可追溯到20世纪70年代的一系列星际探测概念中的最新成果。

在这个概念性场景中,一颗子弹形房屋中的盘形探测器在20世纪20年代后期作为美国宇航局下一个大型火箭的太空发射系统发射。随着地球,木星和太阳本身的引力推动,它可能在短短10年内到达星际空间。相比之下,“航海家号”36年才达到了航天器的顶峰,也就是星际空间的边界。

该探测器将依靠火箭和来自下一代放射性同位素热电发电机的电力,这是火星好奇号探测器上现有的增强版本。这种探测器将携带各种传感器和通信天线。它可以研究星际介质及其与太阳系的边界,甚至可能引起柯伊伯带物体的飞越,这是许多未知的太空体中的一个,它们远远超出了冥王星的轨道。

未来的研究可以研究探测器或太阳能或电动帆船的电力推进的可能性。

太阳能重力:另一个世界的窗口

报告中详述的最特别的概念航天器之一也将退出太阳系,但仅限于此。从字面上看,它的重点将放在外星世界。

这个概念性的太空船将停留在星际空间附近,将我们的太阳用作一个巨大的镜头,从而可以放大行星绕行其他恒星的放大特写。太空望远镜将被放射到冥王星以外的地方,大约是地球到太阳的距离的550倍,或者更远。它将利用爱因斯坦所描述的效应:重力弯曲光线的能力。

来自遥远的恒星和它的行星的光线将围绕太阳的边缘弯曲,就像水在岩石周围流动,在另一边会聚在一个焦点 - 在那里它将被放大。望远镜将被放置在正确的位置捕捉​​这些图像。

这些图像会被涂抹成一个环绕太阳的环,被称为爱因斯坦环,技术挑战将是巨大的:扭曲必须被纠正,零碎的图像重新组合。但如果成功的话,镜头可能足够强大,足以揭示系外行星的表面特征 - 一颗行星围绕另一颗恒星。

“这几乎就像月球上的地球图片一样,”阿尔卡莱说,回想起阿波罗8号宇航员在1968年发回的标志性图像。“你会看到云,大陆和海洋,这种规模的图像。从地球上,系外行星的每一个图像都是一个像素,所以你在外行星上用吸管看。如果你想在大陆外行星上拍摄大陆,你需要像太阳引力透镜那样的东西。“

一旦我们准备好迈向另一颗恒星,推进问题就成了焦点。携带笨重的油箱可能会使星际探测器的质量超出可行性范围。

Sheehy说,但即使达到十分之一的光速,也能让太空探测器在50年的时间内到达最近的恒星。

“我们永远无法通过化学反应加速到这种速度,”他说,比如现今的火箭,他说。

他说,一个可能达到的答案涉及到“发光能量”。无论是在地球表面还是在轨道上,一个强大的激光阵列都可以用来加速装备有风帆的空间探测器,以达到光速的一小部分。美国国家航空和宇宙航行局创新先进理念计划(NIAC)最近选择了一个由加州大学圣巴巴拉分校菲利普鲁宾领导的项目,获得第二笔赠款以进一步发展。

NIAC最近还为一个概念性项目提供了资金,这可能会为“乘客”粉丝们提供热情。这项由亚特兰大Space Works公司的约翰布拉德福德所做的研究工作,被称为“先进的Torpor诱导人类火星转移栖息地”,研究如何将宇航员置于深度睡眠状态,降低地球与火星之间的新陈代谢率。虽然它不是真正的假死游戏,也不打算用于星际旅行,但这样的项目突出了将脆弱的人体穿过星际空间到达的极端技术难题。

印制比萨

如果我们的物种曾经尝试过这样的旅行,那么它们可能需要几十年甚至几百年,可能需要某种悬浮和复活或能够维持几代人生命的船只。

Sheehy说:“也许我们推出的人不会是真正到达Alpha Centauri的人。 “这将是他们的孩子。但是你必须在这80年里吃东西。“

学习在太空种植食物可能会有所帮助,他说,虽然从种子种植植物需要“太空中的房地产”。西红柿的植物很大,生菜的头部有一定的大小。“

另一种可能性是使用3D打印机“逐层建立3D对象。为什么我们不能以这种方式建立一个细胞?为什么我们不能以这种方式建立食物?你能打印一份披萨吗?“

Alkalai还认为人类星际旅行和极其遥远的前景

他说:“将人类送入星际空间的想法是如此之遥,以至于人们需要在地球上拥有资源。” “我喜欢的唯一科幻故事,可能有一些科学基础,不是要建立一个星际迷航企业,而是要真正劫持一颗小行星。

“想象一下能够处于二元小行星状态的人口。然后他们可以使用其中一个摆动另一个进入星际空间。然后你就拥有了小行星上的资源,这是一种铁,碳和其他材料的来源。他们可以将其作为生活资源和能源的来源。你将不得不想象为许多世代设计的东西。“

但是,即使将机器人探测器发送给恒星也是一个巨大的挑战,这应该是激励而不是令人沮丧的,Sheehy说道:

“任何我们曾经作为人类去过的地方,我们总是会学到一些东西,即使它只是在下一个山脉,”他说。 “很多时候你在这样的旅程中发现了一些关于你自己的东西。我们总是发现令我们惊讶的事情。“

来源:美国国家航空航天局

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