都来科幻一下 45天可以到火星的反物质飞船

显示全部楼层 · 发表于 2008-2-19 15:15:18

【概述】

美国研究反物质太空船是以正电子为燃料，6周可达火星，以正电子为燃料只需几十毫克，速度却比核动力太空船快一倍。美国宇航局先进理念研究所（NIAC，Nasa's Institute for Advanced Con-cepts）正在资助一个研究小组，该小组正致力于以反物质作为动力的太空船研究。

【燃料重量比方糖还轻】

科幻小说中，大多数自主型恒星飞船使用反物质做燃料，原因是反物质是最具潜力的燃料。要想把人类送上火星，需要成千上万吨的化学燃料，但是如果以反物质为燃料的话，仅仅几十毫克的反物质（一毫克约为一块方糖重量的千分之一）就能帮助人类实现登上火星的梦想，而且只需要6周时间。

以前的反物质太空船设计使用反质子，它们在湮灭时会产生危害性的高能伽马射线，所以可行性不大。新设计将采用正电子，正电子产生的伽马射线能量比反质子低400倍，从而可以避免产生这种极具放射性污染的副作用。

【反物质飞船面临技术挑战】

先进理念研究所正对此展开初步研究，不过目前还面临一个技术挑战，那就是生产正电子价格过于昂贵。在太空中，宇宙射线中高速粒子可以通过相互碰撞产生反物质。而在地球上，我们却需要通过粒子加速器来生产反物质，NIAC首席研究员史密斯说，“据粗略估计，以现在的技术来为人类火星之旅生产正电子，每生产 10毫克正电子将耗资约2.5亿美元”。

另一个挑战就是如何在小型空间内储存足够的正电子。因为它们会吞食正常物质，所以无法把它们装入瓶子，只能存放在电磁场内。科学家们正致力于研究开发克服这些挑战的方法，假如他们的努力实现，也许未来人类真的可以借助科幻小说里描述的能源遨游太空。

【反物质太空船三大优势】

正电子动力太空船与现在美国的火星登陆计划相比将有几个方面的优势。

优势1：旅途更安全

美国火星登陆计划正提议使用核反应堆为火星太空船提供动力。但是核反应堆相当复杂，在火星之旅中很多潜在的问题可能会导致核反应堆发生故障。而正电子反应堆能像核反应堆一样为太空船提供充足动力，并且其结构相当简单。

优势2：不会产生残留物

采用核燃料作为动力的太空船在其核燃料用完之后所产生的核废料仍具有放射性。如果使用正电子反应堆，在其燃料耗尽之后则不会产生残留物，因此即使残留正电子反应堆偶然进入地球大气层也不会引发安全方面的担忧。

优势3：45天内可达火星

正电子反应堆另一个重要优势就是速度。按照火星登陆计划，太空船和宇航员将在大约180天后飞抵火星。正电子动力太空船可能只需要90天左右就可抵达火星，甚至有可能在45天内完成。

【科学Q&A】

反物质

什么是反物质？

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质
当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。

正电子，反质子，反中子

什么是正电子，反质子，反中子？

正电子是反物质存在的第一个证据，电流中的电子和类似粒子都带有负电荷，而反电子则带有正电荷，因此科学家称它们为“正电子”。

1932年，美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子。与之前发现的电子相比，其质量和带电量完全相同，但它带的是正电，而电子带的是负电。因此，这被称为正电子。正电子也就是电子的反粒子。正电子的发现，毫无疑问的引发了科学家们新的探索之旅，而就此，一个反物质的世界如同沉睡千年的底下宫殿逐渐呈现在人们眼前：1955年，反质子在美国的一家实验室中被发现，其后人们又发现了反中子。到上个世纪60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。

终极能量——反物质推动

1928年著名物理学家狄拉克（Paul Dirac）提出了反物质理论，反物质和物质在构成上类似，但是基本粒子带电正好相反。如果反物质和物质相遇，则立刻发生湮灭，转变为能量。这种能量变化遵循爱因斯坦著名的公式E=MC2。这使反物质成为最为高效的能源，仅仅少量的反物质就足以推动飞船跨越若干光年（light year，距离单位，光一年所能完成的路程）。

目前我们的主要问题是还不能预见喷射反物质的火箭的出现。NASA的科学家希望在未来30-40年该技术能够出现。另外，反物质在医学扫描领域也有很大的潜力。

什么反物质威力强大？

当反物质遇到物质的时候，这些等价但是相反的粒子碰撞产生爆炸，两者将在瞬间湮灭并产生大量能量。正是这种能量的完全转化使反物质变得如此强大。就算是原子弹爆炸时瞬间产生的核反应，也仅仅只有约3％的物质转化成能量。