当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?


当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


我们并不知道星际介质靠近了观察或者说在人类尺度上是什么样子,如果它们只是游荡的氢原子,你将只会经历“宇宙射线”的迎面而来,它将与你的飞船碰撞并且可能在船体上造成二次辐射。这种现象可能会令人恼火,但只要粒子不具有超相对论性,它们就可以被屏蔽。在0.5-0.9倍光速的速度下,这些粒子不太可能成为真正的麻烦。在速度低于光速时,粒子具有超相对论性,可以在船体上产生强大的X射线和伽马射线背景。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


事实证明,我们的太阳系位于一个被称为本星系泡(本星系泡是在我们的银河系猎户臂内的星际介质中间的空洞)的区域内,其中氢原子的密度比一般的星系介质低大约100倍。这种空泡是由远古超新星所产生的。从太阳开始延伸至300光年的位置,但形状是不规则的。在此区域内有数以千计的恒星,可以供我们安全地探索。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


艺术家笔下的本地泡(包含太阳和大犬座β)和Loop I Bubble(包含心宿二)。
宇宙空间的区域中还包含了一些微观尘埃颗粒(通常是微米大小),考虑到它们的预期密度,穿越这些区域对于人类来说免不了遭受一段艰难的旅程,但这真的取决于行驶速度。当航天飞机以28,000英里每小时(约6英里每秒或光速的0.005%)的速度飞行时,机体上的油漆斑点会被高速移动的粒子挖出并刺穿,但是尘埃颗粒的质量比最小的油漆粒子小一千倍,因此在0.005%倍光速的速度下,它们不会成为问题。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


以星际旅行的最小速度0.5倍光速航行将会在很短的时间内穿越足够远的距离,这样的距离多半会遇到大型尘埃颗粒,考虑涉及到的动能影响,仅仅一次撞击就足以造成航天器的损坏。
大型尘埃颗粒可能也只有几毫克的质量。以0.5倍光速的速度行进,其动能如果以非相对论的形式给出1/2 mv^2,因此
当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?】E = 0.5×(0.001g)×(0.5×3×10^10 cm/sec)^2 = 1.1×10^17 ergs.
此速度相当于10g子弹以每秒1500千米的速度弹射的动能,或者说一个100磅的人以每秒13英里的速度行驶的动能。关键在于,在这样的速度下,即使是尘埃粒子也会像定时炸弹一样爆炸,形成一个强烈的火球,就像炽热的火棍从表面融化奶酪一般。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


以星际速度穿梭的尘埃颗粒成为了致命的星际“BB射击”,像雨点一般击打你的宇宙飞船。它们刺穿宇宙飞船,在接触的瞬息引爆小型火球。
遇到致命尘埃颗粒的可能性仅单纯地取决于航天飞船扫过的空间体积。速度仅决定旅程中遇到尘埃颗粒的频率。以航天飞机穿梭速度的10,000倍前行时,碰撞会使粒子连同飞船舱壁相当深的区域瞬间蒸发。
但如果星际介质中含有大量来自远古彗星的冰粒和其他我们无法在宇宙空间中探测到的物质,情况会变得更糟。即使这些影响只在0.1倍光速也是致命的。我们只是不知道在宇宙空间中从“微米级”的星际尘埃颗粒到小型恒星之间物质的“尺寸谱”是什么样子。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


我的直觉是——星际空间相当地脏乱,这不仅使星际相对论性旅行的技术变得困难,而且几乎不可能启动。当前技术上的安全速度仅比航天飞机的速度略高,尤其是在宇宙空间中存在相当多的彗星冰。
这是一个甚至连科幻领域中都没有人愿意探索的问题。唯一可能的例外是在《星际迷航》中,企业号配备了前导向的“布鲁萨德偏导仪”(主碟下方的大型蓝色设备),它可以在粒子到达飞船之前就将它们扫除。这是一个十分不明朗的技术,因为氢原子并不是这样的飞船所担忧的问题,尤其是在亚光速下行驶于一个行星系统中。真正的问题是尘埃颗粒。

当星际介质以什么速度运动的时候会对高速飞行物体有致命影响?
文章插图


然而,那所谓的“布鲁萨德偏导仪”只是艺术家假想出来的,目前的科技还制造不出这样的东西,也不知道以后能否制造出来,所以文中并没有对它详细介绍。但是,无论科幻电影(小说)还是现实,飞船若真的能接近光速飞行时,即使与微小的尘埃颗粒相撞也是很危险的,因些,还是需要类似“布鲁萨德偏导仪”清除星际空间中的尘埃。

推荐阅读