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科学家计划对系外行星播种生命:太空旅行长达1.2万年

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发表于 2017-11-30 09:36:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
來源: 新浪科技

新浪科技讯 北京时间11月29日消息,据国外媒体报道,目前,一位德国理论物理学家提议对创新星际太空飞船进行改进,使其能够充分减速,可以环绕一颗系外行星运行,并潜在对“地球2.0”行星播种生命。然而,长达1.2万年的太空旅行可能使这项任务变得十分困难。
  对地外行星播种生命
  在过去30年里,关于人类太空探索的普遍观点认为,我们应当实现登陆火星或者重返月球的最新任务。考虑到我们在地球上自己制造的各种复杂问题,从生态到经济,太空探索目标和以自我为中心的殖民基地,以及人类的自私根源,基于以上提及的问题和大量未解决的问题,我们可能需要发现一个新的家园。
  然而,即使最乐观的太空殖民基地也需要几十年时间建造,同时,我们不能保证在本世纪剩余的时间里幸存下来,更不必说人类在整个银河系有效地扩张殖民。但是如果我们现在开始对其它星球播种生命呢?人类可能无法幸存,但是一些生命形式可以。
  德国歌德大学理论物理学家克劳迪亚斯·格罗斯(Claudius Gros)表示,我们应当认真考虑这一问题。他相信在宇宙中播种生命将优先于人类殖民,同时,他也相信这一过程能够实现,在宇宙中对其它行星进行星际生命播种,更简单地讲,这是“有意的胚种说(deliberate panspermia)”,是基于我们的技术能力范围之内的。
  “突破摄星(Breakthrough Starshot)”是一项宏伟太空计划,将使用一种激光推进系统发射首个抵达半人马阿尔法星(Alpha Centauri)的探测器,半人马阿尔法星是距离太阳系最近的一颗恒星。
  这次太空旅行预计将花费大约20年时间,同时需要一颗重量仅1克的探测器加速至100公里/小时,或者是光速的五分之一。该探测器不会有一个刹车系统,预计几个小时之后抵达半人马阿尔法星,正好拥有足够的时间拍摄照片,并传送至地球。
  近期,发表在《物理通讯杂志》的一篇研究报告中,格罗斯提议,我们使用相同的激光推进系统以较慢的速度发射1.5吨重的太空飞船,这样我们能做的不仅仅是拍摄照片。他希望实现一个稳定的系外行星轨道,通过携载的“微型实验室”向其它星球播种生命,这种微型实验室可以培育基因和细胞。据悉,他们的目标星球是TRAPPIST-1,这是一颗表面温度极低的红矮星,距离地球39.13光年,但是其它系外行星,例如近期发现的Ross 128b,也在考虑观测范围之内。
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图中描绘一个电离质子(蓝色)通过磁场(洋红色)发生偏转。
  长途运输
  格罗斯假设,一艘1.5吨重的太空飞船将从地球发射,向其它行星播种生命,同时,一个巨大的陆基激光器将瞄向探测器50公里宽的光帆,提供大约30%光速的推进速度,完成部分太空旅行。
  不同用于完成半人马阿尔法星任务的微型探测器,格罗斯的太空飞船一旦抵达目的地,需要立即停下来。所以,他设计了一种方法,使用磁帆与质子产生摩擦,从而使宇宙飞船在航行过程中减速,就像让一辆汽车在高速公路上减速完全停止一样。
  格罗斯说:“使用磁帆的原因是无需损耗能量便能建立磁场,你不希望消耗能量,因此只要建立了磁场,便能使用超导回路就能使电流永久保留,磁场永远保持不变。”
  他指出,磁帆半径大约50公里,每个回路都会产生磁场。磁场将探测器的动量转换至所遭遇的任何粒子上,从本质上讲,地球和探测器之间质子的目的地会产生减速所需的摩擦力。
  想像一下,一艘大型探测器通过像质子一样无关紧要的小物质进行减速,这似乎有点儿奇怪。事实上,该情况更加复杂的是,科学家怀疑远古超新星可能清除了太阳系和邻近区域周围的气体,因此降低了物质密度。
  然而,格罗斯解释称,即使是物质密度较低的情况下,他的设计也能提供必要的摩擦力对假设的太空飞船进行减速,使其在轨道运行,并不是飞越一颗系外行星。他说:“你可以通过星际介质的摩擦力来刹车减速。”
  问题在于减速所需的额外质量使提议的TRAPPIST-1太空之旅需要1.2万年时间,在宇宙时间尺度上,这一时间仅是瞬间的工夫,但是由于人类很少寿命超过100岁,因此目前没有人能够幸存下来,亲眼目睹我们的探测器抵达太空目的地进行生命播种。

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图中是艺术家描绘的快速飞越一颗系外行星。德国歌德大学理论物理学家格罗斯假设称,一艘1.5吨重的太空飞船将从地球发射,向其它行星播种生命,同时,一个巨大的陆基激光器将瞄向探测器50公里宽的光帆,提供大约30%光速的推进速度,完成部分太空旅行。



  地外宜居星球
  近期,科学家已开始理论推测环绕红矮星周围发现越来越多的系外行星可能含有水和氧,这些行星比地球拥有更长的大气冷却周期,在地球首次形成生命的时期,这些条件可能阻止行星孕育生命。
  格罗斯说:“太阳花费了1000万年时间冷却至现今的温度,但是较小的恒星,例如:TRAPPIST-1,用了数亿年时间冷却温度。”
  因此,TRAPPIST-1恒星系统内行星大气层的水蒸汽被主恒星紫外线辐射分解为氢和氧,氢逃逸至太空,因为它太轻,无法被类似地球的行星所保留,同时氧也会累积下来。
  格罗斯说:“如果TRAPPIST-1恒星系统中七颗行星中某些行星存在海洋,它们也将存在含氧大气层,地球氧压为0.2个大气压,但在类似TRAPPIST-1的行星中,氧压可能达到100个大气压以上。”
  这些过剩的氧“吞噬”了生物形式,阻止了原细胞形成。复杂的真核细胞形成了现今多细胞生命的基础,它们没有机会在一颗“氧行星”上孕育发展。


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