恒星是由炽热气体组成的,是能自己发光的球状或类球状天体。我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。
行星通常指自身不发光,环绕着恒星的天体。
卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天体,人造卫星一般亦可称为卫星。
目前,我们人类的足迹,除了地球,就是月球,其他天体上还没有人类涉足。人类的航天器已经到达火星,再远的星体就没有去过了。尽管人类已经向宇宙发射了航天器,但什么时候到达更远的星球?能不能到达?都还是未知数。
但是,科学家看的更加长远,他们现在已经在研究如何实现在恒星之间的飞行了。
如果恒星际宇宙飞行能够成功,我们就能得到解开宇宙年龄等宇宙之谜的大量线索。但恒星际宇宙飞行一直是科幻小说、科幻电影中的情节。
当然,依靠最新的技术成果,许多科学家仍认为实现恒星际宇宙飞行是可能的。他们提出了从搭载原子反应堆、反物质反应堆的载人飞船,到利用镭射束和粒子束加速到亚光速的探测器等形形色色的方案。
有科学家提出利用穿梭机的方法。但穿梭机这样的化学燃料火箭只有地球重力1.7倍的加速能力。所以使用穿梭机要用10年时间才能到达离我们最近的阿尔法半人马座。这期间需要持续加速两个月以上,也就意味着穿梭机就得装载更多的燃料,而这会使它的重量大到根本无法离开发射台。
而且,为了用10年时间到达阿尔法阿尔法半人马座,必须维持0.5倍以上的光速。然而随着接近光速,当速度达到光速的0.75倍左右时,质量将变成1.5倍。由于质量增大推进力即使加大也无法加速,所以穿梭机必须造得尽可能轻些。
另外,恒星际宇宙飞行需要的能量要远远大于一般飞行。如果要让载人宇宙飞船以三分之一的光速飞行,就需要相当于让全世界发电厂工作几年的能量。如果采用原子反应堆,单位质量燃料的推进力将增大1000万倍。理论上说,可以期待的办法是用镭射束照射核燃料在燃烧室内发生核聚变反应。但是为此就得建造相当复杂的反应堆,技术上是十分困难的。基于上述几点,使用穿梭机这类化学燃料火箭去实现恒星际宇宙飞行的想法就废弃了。
(1)利用反物质?
在各种各样的粒子中,存在着一类除电性相反而具有共同性质的反粒子,各种成对的粒子与反粒子一旦相遇,在释放出多种射线和极大能量的同时将同归于尽。理论上说,这一巨大的能量是核裂变和核聚变的100倍。要把一般质量为1000千克的宇宙飞船加速到0.1倍光速只需9千克的反物质燃料就够了。
但问题之一是,怎样才能把反物质富集起来。欧洲核子研究中心的巨型加速器中,10分钟里产生10亿个反质子。然而反质子以0.1倍光速(不可思议的高速)飞迸,要捕捉住它们谈何容易。史密斯在反质子的前方设置全金属箔和气体,以降低反质子的速度,力图将反质子封闭在一个用磁场构成的容器内。如果他成功了,10分钟里就能富集到100万个左右的反质子。遗憾的是,100万个反质子作为火箭燃料实在是杯水车薪微不足道,而且这项工作得不断反复进行。
而且,反物质是带电性的粒子,彼此会产生排斥力,反物质的密度越高,用来约束反物质的磁场强度就越大,这就需要能让磁场强度之大超乎想象的超导材料。
另外,即使建造高效率、规模巨大的反物质生产厂,要生产1克反物质就需要长得异乎寻常的时间。欧洲核子研究中心制造反氢原子,在三个星期的实验中只制造出9个,即使有了专家期待的新设施,每年也只能生产出1微克反物质,要把9千克反物质火箭燃料弄到手,必须得90亿年。
所以利用反物质似乎也不可行。
(2)对镭射束寄以厚望
由于镭射束几乎不会发散,镭射束可以从太阳系中射出,所以能够实行必要的操纵和管理,设备的更新也有了可能。而且宇宙飞船无需搭载燃料便能造得更轻。
但宇宙飞船依靠镭射束获得的推进力实在小得无济于事,要利用镭射束来实现恒星际飞行,就必须有更强有力的镭射束,光帆也必须大得超出想象。
(3)粒子束有效?
提出“粒子束设想”的是科学家说,宇宙飞船的光帆采用超导体制成的巨环更有效。超导体环可形成面包圈状的磁场,粒子束射向磁场就会产生推进力。可用在小行星上设置的核聚变反应堆,超高温加热而等离子体化的气体,向一定方向喷射获得粒子束。
粒子束的缺点是很容易扩散,扩散使距离增大,效率也就会降低,但它仍比镭射束更具推进力。
不过,他也遇到了难题——宇宙飞船的乘员必须耐受高达1000G的加速度。而且在“粒子束设想”中还有一个重大的不足——前往恒星这样遥远的地方,根本不可能传递能量,也就是说有去无回。
总之,就人类目前的科技水准而言,恒星际宇宙飞行本质上是不可能的,要想飞向人马座,人类还得探索相当长的时间。