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探索宇宙的一个大胆想法
网友【发现了】于【太平洋时间 2020-07-26 01:18:36】分享在【时代发展的印记】版块    4131    1    6

人类一直以为自己是宇宙的中心。这种想法自古就有,尽管目前人类对太空的理解取得了巨大的进步,但仍然存在很多知识盲点。

第一个盲点就是,我们才发现星际物体穿越太阳系。

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2017年,科学家发现星际物体—奥陌陌,它对太阳系进行了短暂的访问,然后离开太阳系进入宇宙其他空间。科学家认为它将穿越整个宇宙,进行一个永恒的旅行。

星际彗星2L/鲍里索夫的发现。望远镜工程师同时也是业余天文学家——热纳迪·鲍里索夫在一次恒星聚集中发现了它,并以他的名字命名了这颗星际彗星。

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鲍里索夫住在乌克兰克里米亚天文台附近的瑙奇尼,在那里,他发现了C/2013 N4彗星。图示是他的两个望远镜。图源:奥列格·布鲁兹加洛夫

但很难对星际物体进行深入研究——它们来的快去的也快。特别是鲍里索夫彗星,它以每秒32.2公里(每秒20英里)的速度向太阳系靠近,速度非常快。

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那么,可以发射宇宙飞船追寻星际访客吗?

“宇宙飞船的速度必须非常快,已有的推进技术还不够应付这种场面”

麻省理工学院航空航天系教授——理查德·利纳雷斯一直在思考的问题。他想出了个办法。

这个办法就是——动态轨道弹弓。NASA已经介入他的研究,美国国家航空航天局创新先进概念(NIAC)已经选择了利纳雷斯的想法作为第一阶段的资助对象。NIAC是为创新航天概念提供资金的机构,鼓励有潜力的太空探索想法。

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NIAC在空间科学界享有盛誉。他们资助了一些研究,比如由轻型核动力驱动的深空探测器,极端环境下的样本返回系统,由直接核聚变驱动的冥王星轨道器和着陆器,以及其他几十个项目。

在麻省理工学院发布的一份新闻稿中,利纳雷斯说,观测宇宙空间观测系统的星际物体存在许多基本问题亟待解决。

首先,从地球上看,它们通常很小。太阳光线需要以某种方式照亮它们,这样我们的望远镜才能探测到它们。

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其次,是它们超快的速度。“它们的飞行速度极快,我们很难在它们远离地球之前进行深度探测。”如何设计火箭推进技术,才能追上它们?

既然是这样,那么,利纳雷斯的动态轨道弹弓是如何解决这些棘手的问题呢?

“这将是首次获得其他类太阳系的组成数据。”

麻省理工学院地球、大气和行星科学系的本杰明·韦斯认为这个想法是围绕太阳帆展开的。太阳帆是一种基于恒星压力或来自太阳的光子压力的推进装置。通过使用一种轻薄的反光材料来捕捉这些质子,就像帆船的帆捕捉风一样,航天器可以在太空中推进。比如行星协会的“光轨2号”宇宙飞船。但太阳帆有其局限性,它们在非常轻的宇宙飞船上非常有效。

不过,轻型航天器只是利纳雷斯概念的一部分。

利纳瑞斯的构想是在我们太阳系的边缘放置一组静止的卫星,而且它们的质量面积比非常低。即使在我们太阳系的边缘,也有足够的阳光来推动太阳帆航天器,只要帆足够大,航天器的质量足够小。

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这些卫星会一直守在原地直到发现有ISO入港,利纳雷斯称它们为静态卫星。由于它们是静止的,所以它们的初始状态是零速,这是这个想法的巧妙之一。一份新闻稿表明,一旦太阳帆释放能量,储存的能量将利用太阳的力量,以自由落体的轨迹奔向ISO。

如果进展顺利,航天器就可以派出一颗纳米卫星绕ISO轨道运行,并在其上放置传感器。

主航天器不需要减速,这将极大地复杂化任务。

利纳雷斯说,飞行任务往往更容易,因为它们不需要放慢速度,只要飞过物体,并获得尽可能多的图片。跟踪任务比较困难,因为你必须减速并与物体的速度相匹配。在星际物体周围停留的时间越长,收集的数据就越多。所以跟踪任务更有意义。

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为了最好地覆盖太阳系周围,麻省理工学院助理教授理查德·里纳雷斯设想了一个“静区”星座,它们相互沟通并协同工作,只有在最佳位置激活静区才能成功飞越或与星际物体会合。星群中的其他国家可以继续等待下一个ISO的出现。图片来源:理查德·利纳雷斯,麻省理工学院。

利纳雷斯并不是这个概念背后的唯一一人。还有其他三个研究团队也参与了,包括喷气推进实验室的达蒙·兰道。这个团队花了9个月的时间来研究他们的概念。他们需要理解这是否真的可行并充实概念。

无论这个概念是否能够实现,但研究和近距离观测ISO的科学价值是毫无疑问的。

来自麻省理工学院地球、大气和行星科学系的团队成员本杰明·韦斯说,近距离研究星际物体可能会彻底改变我们对行星形成和进化的理解,进一步了解物体在太阳系之间的移动速度有多快,有多普遍,这同时也将促进生命在星际间转移的可行性分析。

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光帆2号飞船展开太阳帆的插图。光帆2号可能是最著名的太阳帆航天器。图片来源:Josh Spradling /行星协会

NIAC已经批准了进行第一阶段的概念测试,利纳雷斯和其团队将有为期9个月时间去研究以确定可行性。如果进展顺利,NIAC会批准项目第二阶段,然后是第三阶段的研究。这将给团队更多的时间来开发这个概念。

NIAC如何选择资助项目不是一件容易的事。有些想法一开始可能听起来很荒谬,资助与否该如何抉择。设想,NIAC会资助阿波罗登月计划吗?这是一个有趣的假设思维实验。

如果可以获得NIAC资助,那当然非常荣幸且光荣,但同时也非常困难。申请对象必须拥有一个足够创新又有可实行意义的想法,听起来就像科幻小说实实在在检验真实物理,航空航天和麻省理工学院工程系统的教授奥利维尔德如是说。利纳雷斯教授和他的同事们已经完美地做到了这一点,这一概念将使ISO研究以一种前所未有的方式进行,本质上平衡了我们从太阳获得的两种主要物质:重力和辐射。

科学家已经对奥陌陌和鲍里索夫彗星进行了一些研究,但留给他们的时间不多了。

有两名科学家发表的一篇关于奥陌陌的论文表明,奥陌陌是在其母体被潮汐碎片撕裂后被喷射出来的。

另一篇论文表明2L/鲍里索夫彗星是在一个非常寒冷的环境中形成的,鲍里索夫彗星所含的一氧化碳比我们太阳系的彗星多得多。

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哈勃望远镜2019年10月拍摄的2I/鲍里索夫彗星。图片来源:NASA、ESA和D. Jewitt (UCLA)

但这些只是对星际物体本质的可能性猜测。

我们在研究星际物体时处于劣势,它们来的快去的也快。如果利纳雷斯和他的团队能够开发出一种研究它们的方法,那么我们没有理由不去尝试。

如果我们能利用现有的技术更好地了解这些外来物体,我们就能更多地了解其他类太阳系。

最终,我们会更多地了解宇宙,不会再觉得自己才是宇宙的中心。

作者: universetoday

出处:见配图水印

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