據(jù)英國《每日郵報》報道，科學(xué)家正在建造應(yīng)對小行星撞擊的終極武器——DE-STAR，即“靶向小行星及勘探的定向能量系統(tǒng)”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。該系統(tǒng)將利用激光束攔截并改變小行星的飛行路線。
左圖為DE-STAR系統(tǒng)進行多種任務(wù)的示意圖，包括小行星轉(zhuǎn)向、成分分析、長距離航天器供能和推進等。右圖是激光束導(dǎo)致小行星氣化的想象圖。
北京時間3月4日消息，據(jù)英國《每日郵報》報道，科學(xué)家正在建造應(yīng)對小行星撞擊的終極武器——DE-STAR，即“靶向小行星及勘探的定向能量系統(tǒng)”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。該系統(tǒng)將利用激光束攔截并改變小行星的飛行路線。
激光攔截小行星的概念已經(jīng)提出了好多年，而近日一篇論文指出，這是阻止“近地天體”(NEOs)威脅地球的可行方案。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的物理學(xué)家菲利普·魯賓(Philip Lubin)和加州理工州立大學(xué)的加里·休斯(Gary Hughes)教授是這一理論的提出者。
另一個較小規(guī)模的系統(tǒng)“DE-STARLITE”也在開發(fā)之中。研究者希望該系統(tǒng)能與有潛在威脅的小行星“并肩”飛行，在一段相對較長的時間里使其飛行路線發(fā)生偏移。
研究者稱，總體而言，這些技術(shù)目前已經(jīng)可以實現(xiàn)，主要的挑戰(zhàn)是如何建造一個足夠規(guī)模、足夠有效的DE-STAR系統(tǒng)。
在近期發(fā)表于《地球和行星天體物理學(xué)》(Earth and Planetary Astrophysics)期刊的論文中，作者之一、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Qicheng Zhang解釋了激光如何使小行星移動，甚至使其氣化的過程，從而避免地球受到撞擊。他表示，軌道行星防御系統(tǒng)將有可能使小行星加熱到氣化的程度。
當(dāng)小行星開始噴出物質(zhì)的時候，反作用力將會使它們離開現(xiàn)有的軌道。據(jù)介紹，如果DE-STAR具有大約100米寬的激光陣列，那它就能使一顆320萬公里之外、直徑約100米的小行星偏離方向。此外，另一個系統(tǒng)DE-STARLITE如果運行15年，便可以使一顆直徑約300米的小行星偏移大約1.3萬公里的距離。
研究者用激光將玄武巖加熱至白熱狀態(tài)。這一過程會改變物體的質(zhì)量，并產(chǎn)生類似“火箭推進器”的效果，利用小行星本身作為推進動力。在太空中，這一過程產(chǎn)生的能量足以改變小行星的運行路線。
另一個較小規(guī)模的系統(tǒng)“DE-STARLITE”也在開發(fā)之中。研究者希望該系統(tǒng)能與有潛在威脅的小行星“并肩”飛行，在一段相對較長的時間里使其飛行路線發(fā)生偏移。
就在去年，研究者在實驗室中模擬了該系統(tǒng)工作的效果——盡管是在較小的尺度上。他們利用玄武巖(已知的小行星成分類似)作為激光轟擊的目標(biāo)，使其加熱至白熱狀態(tài)。這一過程會改變物體的質(zhì)量，并產(chǎn)生類似“火箭推進器”的效果，利用小行星本身作為推進動力。在太空中，這一過程產(chǎn)生的能量足以改變小行星的運行路線。
“這里發(fā)生的過程稱為升華或氣化，能將固體或液體轉(zhuǎn)化為氣體，”研究者解釋道，“這些氣體形成了一縷云霧，也就是物質(zhì)拋射，從而產(chǎn)生了反向的推動力，而這正是我們要測量的。”他們利用磁場使玄武巖旋轉(zhuǎn)，然后使激光固定在轉(zhuǎn)動的相反方向上，以減緩旋轉(zhuǎn)速率。
視頻結(jié)果顯示，玄武巖樣品的旋轉(zhuǎn)慢了下來，停住之后改變了方向，又重新旋轉(zhuǎn)起來。研究者表示，這一過程表明在太空中減緩小行星旋轉(zhuǎn)并使其改變方向是可能的。
對此菲利普·魯賓表示，對小行星旋轉(zhuǎn)速度的操控提供了另一個重要的可能性：我們或許將有能力對小行星進行探索、捕獲和礦產(chǎn)開采。這些也正是美國航空航天局(NASA)的“小行星重定向任務(wù)”(Asteroid Redirect Mission)所制定的目標(biāo)。
這項任務(wù)目前還處于理論研究階段，其目標(biāo)是探訪一顆較大的近地小行星，在其表面采集巖石樣品并送回地球。有可能的話，可以將這顆小行星重定向到一個穩(wěn)定的、圍繞月球的軌道上。
“所有的小行星都會旋轉(zhuǎn);問題在于繞著什么東西旋轉(zhuǎn)，以及轉(zhuǎn)動的速度有多快，”魯賓解釋道，“如果要在小行星上采礦，那它的旋轉(zhuǎn)速度要足夠慢，這樣你才能捕獲它。我們的實驗生動地揭示出，(激光系統(tǒng))是使小行星停止轉(zhuǎn)動或重定向的有效方法。結(jié)果顯示這項技術(shù)能非常好地運行。”
玄武巖的成分與已知的小行星類似。研究者利用磁場使玄武巖旋轉(zhuǎn)，然后使激光固定在轉(zhuǎn)動的相反方向上，以減緩旋轉(zhuǎn)速率。
玄武巖被放在一個扭力天平上，使其在受到激光轟擊時保持穩(wěn)定。
除此之外，研究人員還在探索光子的推進力，這是該團隊最新項目“星系探索定向推進”(Directed Energy Propulsion for Interstellar exploratioN，DEEP-IN)的關(guān)鍵所在。DEEP-IN項目依賴于光子的推進力，即激光陣列所發(fā)出的光子能用于推動航天器飛行。
這意味著，未來的星際旅行中，小型宇宙飛船將有可能達到相對論性飛行——速度接近光速。研究團隊還測試了一個光子回收利用裝置，能通過激光的反射來回收光子。“我們在一定距離上設(shè)置了第二個反射鏡，使光子能夠在飛船的反射器上像乒乓球一樣來回運動，”研究者Brashears說，“我們回收這些光子是為了達到推進力疊加的效果，使飛船能夠飛行得更快。到目前為止，通過一個簡單的工序，我們已經(jīng)可以達到5倍的放大效果，通過改進提高倍數(shù)是可能的。”
這些研究具有非常廣闊的前景，但要真正將其整合到航天器的飛行系統(tǒng)中，還涉及到許多非常復(fù)雜的問題，研究者還有很長的路要走
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