物理学家提出新科幻引擎,百万年内让整个太阳系移动50光年

山不转路转,小行星不转……太阳系转?为了避免地球在很久以后被大规模小行星群毁灭,伊利诺州立大学天体物理学家Matthew Caplan提出一种新的恒星引擎,理论上可以将整个太阳系在100万年内移动50光年远。

在科幻小说中,宇宙高等文明都已经开发出利用母恒星能量的“恒星引擎”,而其中一种恒星引擎称为戴森球(Dyson Sphere),是数学物理学家弗里曼·戴森提出的一种包围母恒星之巨大球形结构,可以捕获恒星大部分或者全部能量输出。

最近,伊利诺州立大学天体物理学家Matthew Caplan提出了新的恒星引擎,称为卡普兰推力器(Caplan Thruster),概念类似LightSail光帆探测器,差别在于LightSail主要利用太阳能量来推动自身船体前进,而卡普兰推力器将结合戴森球与巴萨德冲压发动机(Bussard ramjet),利用太阳的能量来推动太阳。

YouTube频道《Kurzgesagt–In a Nutshell》在一支视频中(见下方连接),简单清楚地探讨了卡普兰推力器工作原理,理论上,卡普兰推力器可以推动整个太阳系,并且由于重力作用,无论太阳走到哪,地球和其他行星都会随之而来,不用担心太阳轨道移动了会对地球造成影响。

巴萨德冲压发动机是物理学家Robert W. Bussard在1960年代构想的理论太空飞行器推进系统,属于核融合冲压发动机。而根据Matthew Caplan解释,巴萨德冲压发动机首先利用电磁场收集太阳风中的氢、氦作为燃料,接着将这些物质作为燃料源,在核融合反应炉中燃烧后以大约1%光速发布氧粒子射流,这股动力可以推动卡普兰推力器前进。

但一昧推动恒星引擎会使它撞向太阳,因此第2个发动机会利用粒子加速器往太阳喷出氢射流作为平衡,只要控制得宜,卡普兰推力器就像一台拖着太阳行走的拖船。

当然,仅靠太阳风无法为推力器提供足够燃料源,因此Matthew Caplan提出还需要戴森球将太阳光集中到特定位置,进一步提高功率输出。

和另外一种恒星引擎Shkadov推力器相比,卡普兰推力器更大的优势是推进速度更快。如果火力全开,Shkadov推力器约可在2.3亿年内推动整个太阳系前进100光年,但卡普兰推力器可在短短100万年内就将整个太阳系移动50光年。

此外,从物理角度来看,Shkadov推力器本质上是一个巨大曲面镜,利用反射太阳辐射中的光子来移动,这种运动只有单一方向,实用性被进一步限制。假如真的要让整个太阳系位置移动,卡普兰推力器可能是最好的选择──虽然卡普兰推力器目前仍处于“科学上可行”阶段,离建造还有很长一段时间。

新论文发布在《Acta Astronautica》期刊。

(首图来源:Kurzgesagt–In a Nutshell视频截屏)