物理學家提出「恆星引擎」新構想,100 萬年內讓太陽系移動 50 光年

(圖:Kurzgesagt/YouTube)

不斷運行的太陽系未來終將走到超新星(supernova)爆炸這種劇烈環境,天文學家雖能在百萬年前預測到此狀況,但人類要如何耗費巨大的能量來移動整個太陽系?伊利諾州立大學(Illinois State Normal University)天體物理學家提出了一種新的恆星引擎(Steller Engine)構想,理論上這種裝置能將整個太陽系在 100 萬年內移動 50 光年。

戴森球

隨著人類文明的發展,對於能源的需求量也大幅上升。對此,物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)認為,未來人類的能源需求將需要借助能從恆星中獲取大量能量的裝置,因而提出了戴森球(Dyson Sphere)的概念。這種恆星引擎是一種包圍母恆星的巨大球狀結構,可以獲取恆星大部分或全部的能量輸出。

什卡多夫推進器

在恆星引擎中,較為簡易的是俄國科學家萊昂尼德·什卡多夫(Leonid Shkadov)提出的什卡多夫推進器(Shkadov Thruster)。其概念是使用大量的鏡子形成弧形的裝置包圍一側的太陽,藉由反射光子產生的動量來推動引擎,並以其與太陽產生的平衡重力場拖動整個太陽系。但為避免引擎反射的大量光子對運行在周圍的行星產生破壞,該裝置必須架設在太陽的北極點上,因此在移動方向的控制上較為受限。

卡普蘭推進器

為解決什卡多夫推進器在方向控制上的問題,伊利諾州立大學的天體物理學家馬修·卡普蘭(Matthew Caplen)設計出卡普蘭推進器(Caplan Thruster)。這種裝置透過收集太陽風的氫(hydrogen)與氦(helium)作為核融合的燃料,放射出兩束能量——一種能量用來推進太陽,另一種能量則用來保持推進器與太陽的距離。前者是由核融合產生的具放射性氧構成,後者則是氫。

但僅靠太陽風產生的氫與氦,不足以推動太陽帶動整個太陽系,必須藉助戴森球來集中太陽光子至靠近推進器的區域,使其加熱至更高的溫度來產生大量的原料提供核融合反應。這種設計不只能控制移動的方向,理論上也能在 100 萬年內推動太陽系前進 50 光年,比什卡多夫推進器的 230 萬年移動 100 光年還要快速。因此用於推動太陽系逃離銀河系中危險區域上,有較大的幫助。不過這些恆星引擎的推進器仍停留在科幻小說的階段,人類文明要發展至建立如此龐大的機器,在科技上仍有許多要突破的地方。

參考資料:

  1. Nield, D. (n.d.). Physicist Proposes Radical New ‘Stellar Engine’ That Could Move Our Entire Solar System. ScienceAlert
  2. Caplan, M. E. (2019). Stellar engines: Design considerations for maximizing acceleration. Acta Astronautica165, 96–104. doi: 10.1016/j.actaastro.2019.08.027
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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