物理学家提出恒星发动机概念：可驱动整个太阳系移动
2019-12-29 01:01:25   来源：东方头条   

美国伊利诺伊州立大学天体物理学家马修·卡普兰近日在《宇航学报》上提出了一个脑洞大开的理论，利用太阳制造出所谓的“恒星发动机”，驱使整个太阳系移动。

卡普兰表示，恒星发动​​机是一种用于控制恒星系统运动的巨型结构，它可以通过技术先进的文明建造出来，并用于避免危险的天体物理事件或将恒星系统运输到别处进行殖民化。

“什卡多夫推进器”

他提出了两种恒星发动机的设计概念，它们既适用于人类在太阳系中的应用，也可以更广泛地用于任意恒星周围的先进文明。第一种设计是大型的“被动”太阳帆，类似于前苏联科学家莱昂尼德·什卡多夫提出的“什卡多夫推进器”。这种发动机是一个恒星推进系统，由巨大的镜面或者光帆构成。它的原理基于“辐射不对称理论”，即，恒星在一个方向上发射的辐射多于在另一个方向上的辐射，“多余”的辐射压力充当净推力，从而使恒星在悬浮的稳定的方向上加速。这样的推力和加速度将是很轻微的，但这样的恒星发动机系统可以保持几千年的稳定。经过计算，以我们这个星系的太阳为例，反射一半太阳输出的总推力为1.28×10的18方牛，一百万年后，这将产生每秒20米的的赋予速度，与原始位置的位移距离为0.03 光年。十亿年后，速度将达到每秒20公里，位移为34000光年，仅是银河系估计宽度的三分之一。

“巴萨德”冲压喷气发动机

第二种设计概念是一种“主动”发动机，它使用热核驱动射流，类似美国物理学家罗伯特·W·巴萨德提出的“巴萨德”冲压喷气发动机概念。这种引擎使用星际空间，范围从数公里到数千里直径的巨大恒星电磁场为发动机收集和压缩氢气，然后高速将反应性物质压入逐渐缩小的磁场中，最终将其压缩到发生热核聚变。磁场然后将能量作为反方向的推进废气，从而使星系加速。

卡普兰将第二种发动机命名为以自己名字的“卡普兰恒星发动机”，他提出了一种巨型的发动机结构，在靠近太阳的地方，利用电磁场从太阳风中收集氢和氦用作燃料。该发动机将利用太阳自身的能量将其推进到银河系之外。两束能量提供动力：其中一束使用氦气，将驱动发动机的聚变反应堆运行，反应堆产生一束放射性氧气，该气体将使“卡普兰发动机”向前移动。另一束使用氢能，以保持与太阳的距离并将其推进。本质上，“卡普兰发动机”可以作为拖船使用。

戴森球

由于仅靠太阳风无法提供足够的燃料，卡普兰认为，我们还需要某种“戴森球结构”，该结构可以将太阳光集中到太阳上的特定位置，从而进一步提高温度和功率输出。

卡普兰表示，随着太阳的移动，其他一切都会随之而来，比如保持与以前相同的引力结构，不必单独移动地球，火星，木星和其它行星，因为太阳的引力会为我们解决。

卡普兰恒星发动机结构图

相对于“什卡多夫推进器”，“卡普兰恒星发动机”有一个很大的优势：它的推进速度将更快。如果全力以赴，则什卡多夫推进器可能会在2.3亿年的时间内推动我们前进100光年。而“卡普兰恒星发动机”可以在短短的一百万年时间内将我们移动50光年，达到了逃离超新星可能需要的速度。

就所涉及的物理学原理而言，“什卡多夫发动机”本质上是一个巨大的曲面镜，旨在反射太阳辐射中足够的光子，以使其在太空中移动。但是，这种运动只能在一个方向上进行，从而限制了该理论的实用性。

如果我们要让整个太阳系在未来移动，那么“卡普兰恒星发动机”也许是最好的选择。不过，这种理论仅处于“科学上可行”的阶段，所以不要指望这种发动机短期内会出现。