科學家就星際旅行提出新設想 利用黑洞引力驅動光帆前行

騰訊科技訊 3月8日消息，據國外媒體報導，目前在深空探索活動中，人們常常利用引力彈弓效應加速航天器，也就是利用行星或其他天體的相對運動和引力改變航天器的軌道和速度，以此來節省燃料、時間和計劃成本。日前哥倫比亞大學的一位天文學家基於此為遙遠太空旅行提出了一種新方式：向雙黑洞(相互環繞的雙黑洞)發射雷射，利用反射的光能驅動光帆將星際飛船加速到光速。

這個想法是數十年所使用太空旅行技術的未來升級版。發射升空後航天器先是進入繞行星運行的軌道，盡可能地靠近行星或其他天體以加速飛行，然後利用增加的能量以更快速度飛向下一個目的地。在這樣做的過程中，它消耗了所圍繞天體進行太空運動中的一小部分動量，當然這種影響非常小，幾乎可以忽略。

這一基本原理也適用於黑洞周圍存在的強重力井。黑洞不僅彎曲其他物體的運行路徑，而且能夠彎曲光本身的運行路徑。如果一個光子進入黑洞附近的一個特定區域，它會繞著黑洞做運動，然後被拋向進入黑洞附近完全相同的方向。物理學家稱這些區域為“引力鏡”，它們反射回來的光子被稱為“回旋光子”。

回旋光子本身已經在以光速運動，所以它們在黑洞周圍的運動並不會加快速度，只會獲得更多能量。這種能量使得光的波長增大，單個光子“束”所攜帶的能量比它們進入引力鏡時攜帶的能量更多。而在此過程中，黑洞則損失了一部分動量。

日前，哥倫比亞大學天文學家戴維·基平(David Kipping)在相關論文中表示，星際飛船可以向雙黑洞系統中快速移動的黑洞引力鏡發射雷射來獲取更多能量。當新激發的光子反射回來時，星際飛船可以重新吸收光子束，並將所有額外的能量轉化為動量，然後再將光子射向引力鏡。

這種被基平稱為“光暈驅動”的系統相對於傳統光帆驅動有一個很大的優勢:它不需要大量的燃料。目前的“光帆驅動”計劃需要更多的能量來將星際飛船加速到“相對論”速度，這意味著星際飛船要達到部分光速，這比人類歷史上產生的所有能量還要多。

但在光暈驅動的幫助下，星際飛船所有的能量都可以從黑洞中吸收，而不再從燃料源中產生。

當然，想要實現光暈驅動是有限制的。在某些時刻，星際飛船將會快速遠離黑洞，以至於它無法吸收到足夠的光能來加速。基平指出，解決這個問題的方法是把雷射發射從星際飛船轉移至附近的行星上，然後對雷射路徑進行精確調校，使其從黑洞引力鏡發射出來後能夠擊中星際飛船。但是如果無法重新接收雷射，星際飛船將不得不不斷燃燒燃料來產生新的光束。

基平寫道，或許有其他文明正在使用這種方式在銀河系旅行。那裡有足夠多的黑洞，也能夠產生足夠的能量。如果事實如此，相應的文明可能會從黑洞中吸收很多動量，從而擾亂黑洞運行的原有軌道，我們可能會從雙黑洞的軌道偏離中發現外星文明的跡象。

他補充說，如果沒有其他文明在做這件事，也許人類會是第一個吃螃蟹的文明。（騰訊科技編譯/皎晗）