参宿四炸了别浪费,不如去冲个浪

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超新星冲浪指南

蟹状星云是1054年爆发的超新星遗迹 Credit:Getty Images

在夏威夷的海滩上,其实你可能没去过夏威夷海滩那就在电视上吧,我们经常能看到一大群冲浪者利用汹涌的海浪来加速到很高的速度。那么外星文明是否能够在爆炸的恒星上“冲浪”来达到类似的目的?

密度小于每平方米0.5克的光帆可以达到光速,即使它离超新星的距离比地球离太阳的距离还要大上一百倍。这是因为一个典型的超新星爆发会发出相当于十亿个太阳在一个月时间发出的光。在理想情况下,太阳也几乎无法将光帆加速到光速的千分之一,即使这个光帆位于距太阳其半径十倍远的地方,这也是帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)最接近太阳的地方。光帆的极限速度与恒星亮度和初始距离的比值的平方成正比,对于最亮的恒星,这个速度可以达到光速的十分之一。

利用高能激光推动光帆则比太阳有效得多。突破摄星计划(Breakthrough Starshot)的目标是通过每平方米100亿瓦的高能激光束推动光帆,这是地球上日光亮度的1000万倍,从而使光帆在几分钟内加速至接近光速。但是要实现这一目标,需要发射能量巨大并且足够准直的激光束,这意味着需要钱、钱和钱。

此外,还有一种办法,恰好居住在诸如参宿四或船底η星云之类的大质量恒星附近的外星文明可以在其周围放置大量的光帆,等待超新星爆发的强大爆炸以最小的代价推动这些帆以光速旅行。

当然,事情并不那么简单。首先是需要耐心。大质量恒星的寿命通常有着数百万年,因此很难预测它们爆炸的确切时间。例如,船底η星云的寿命为几百万年,以千年为精度预测其死亡是非常困难的,这与预测老年人在达到平均预期寿命后哪一年死亡一样困难。

在超新星爆发之前,我们可以使用廉价的化学火箭将光帆运到目的地。这趟旅程将需要上百万年:跨越能诞生大质量恒星的分子云。只有在分子云附近的文明才可以使用化学火箭在恒星爆炸之前到达恒星。这些火箭发动机也能使光帆在恒星爆炸后按照其预想的方向上航行。

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但正如犹太谚语所说,“为虑者多矣。”,我们需要考虑得更为周全。

首先,摄星计划中,光帆必须具有很强的反光性,以免吸收过多热量导致燃烧。

其次,一旦将光帆置于环绕大质量恒星的轨道上,在爆炸之前它们就会被明亮的星光或质量的损失推开。为了避免这种危险,可以将光帆部署在折叠状态,并为其配备一个开关。一旦爆炸发生,光帆就会像雨伞一样被打开。

第三,即使发射可以从离爆炸恒星一百倍半径的距离开始,选择加速路径时也必须十分谨慎,以避开沿途的恒星碎片。当相对速度接近光速时,尘埃颗粒会像微小的核爆炸一样刺破光帆,而气体颗粒一旦扫过周围与其质量相当的物质,就会使帆减速。一旦光帆达到其最终速度,它就可以折叠成针状结构,使沿其运动方向具有较小的横截面以最大程度地减少损坏和摩擦。

像船底η星云这样的超大质量恒星,可能会坍缩成一个黑洞并产生强大的辐射束,天文学家们将会以伽玛射线暴的形式观察到这些横跨宇宙的辐射。爆炸时恰好位于这些光束方向上的光帆将获得非凡的推动力,使光帆的相对论洛伦兹因子达到一千,使他们能够在静止参照系下人类在有生之年的时间内穿越整个银河系。此外,如果利用脉冲星或黑洞喷流产生的相对论风,电动帆也可以光帆差不多的速度行驶。

中微子爆发(根据SN 1987A中检测到的结果)和引力波可能引起超新星爆发所产生的明亮闪光,但由于这些因素与物质的相互作用非常弱,因此很难利用中微子和引力波产生推力。

鉴于其潜在的推进作用,大质量恒星或它们的超新星遗迹值得引起“搜索地外文明计划”(SETI)中的关注。围绕外星文明的光帆可能因为太小而难以发现,但是利用现有的望远镜可以检测到它们的弓形激波或通信信号的叠加。

那么,是否有证据表明超新星遗迹中有快速移动的物质呢?是的,确实有,但是那很可能是自然原因引起的。超新星喷出物通常以光速的十分之一移动,并且在诸如船帆座(Vela)和W44的残留物中检测到运动速度更快的物质。此外,已知最强大的爆炸(例如超新星爆炸或伽马射线暴)会产生接近光速的自然喷流,而分辨这些物质中的人造物体将非常困难。

因为建设人工发射系统的费用十分高昂,这让人们想到是否可以利用自然力量来实现高速宇宙航行。这种思路跟戴森球(Dyson Sphere)的设想有异曲同工之妙,戴森球是弗里曼·戴森(Freeman Dyson)假设的一种包围着恒星的巨型人工结构,可以用于获取较为稳定的恒星能量。假如在我们的银河系中有许多高技术外星文明,那么可能会有成群的光帆围绕着大质量恒星,耐心等待它们的爆炸。

但是,在我们迫不及待要下海冲浪之前,最好知道这个问题的答案:这片宇宙是否早已如暑假的青岛海滩那般拥挤?

上一期答案是盾牌座UY,恭喜读者“光头强”,很感动你真的在认真看周六栏目,你也在看这期吗?虽然你只获得了3个赞,有一个还是我赞的,并且也没有奖。

本期的读者互动是,你觉得外星人长得有上图这么好看吗?

责任编辑:鄢淑澜

牧夫新媒体编辑部

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船尾座RS NASA

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