王珊珊　宋岳龍

2016年10月17日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用“長征二號F”遙十一火箭成功將“神舟十一號”載人飛船送入太空，實(shí)現(xiàn)了中國航天的又一次重大勝利。在感到歡欣鼓舞的同時，不知道你有沒有想過一個問題：除了目前的火箭，是否還能有其它辦法讓我們實(shí)現(xiàn)邀游太空的夢想呢？請超人來幫忙？這個有點(diǎn)不現(xiàn)實(shí)。今天就給大家介紹一個新方法——太陽帆！

太陽帆與光壓

可能你聽說過單桅帆、雙桅帆這些帆船上的“帆”，但就是沒聽過太陽帆。太陽帆的材料是一種非常輕薄的聚酯薄膜，堅(jiān)硬異常且表而涂滿反射物質(zhì)，具有極佳的反光性。與我們平常所知依靠風(fēng)力來獲得動力的帆不同，太陽帆可以利用被太陽光照射時產(chǎn)生的壓力進(jìn)行宇宙航行，這種壓力就叫做“光壓”。光具有波粒二象性，就像氣體分子與物體的頻繁碰撞會產(chǎn)生壓力，當(dāng)光照射到物體表面并被反射時，也會對物體產(chǎn)生壓力，這就是其粒子性的典型表現(xiàn)。

可是當(dāng)我們曬太陽的時候，為啥感覺不到太陽公公在戳、戳、戳我們呢？

那是因?yàn)槲覀儠裉枙r所接受的光壓很小，如果陽光直射到地而，并且光被地面全部吸收，那么地面所感受到的光壓也只有4.5×10帕，不足一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)的二十億分之一，總之就是很小很小很小啦！

關(guān)于光壓的探索

關(guān)于光壓的探索最早可以追溯到17世紀(jì)。1619年，德國天文學(xué)家開普勒提山，彗星的尾巴之所以背向太陽，是因?yàn)橐环N太陽風(fēng)將其吹開，而這股太陽風(fēng)其實(shí)就是太陽光對彗星產(chǎn)生的壓力，也就是我們現(xiàn)在所說的“光壓”。

開普勒的猜想可以說是第一個涉及到光壓的論述。后米，為了證明光壓的存在，物理學(xué)家進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，其中較為經(jīng)典的要數(shù)克魯克斯輻射計(jì)實(shí)驗(yàn)和列別捷夫光壓實(shí)驗(yàn)了。

太陽帆遨游的奧秘

太陽帆為什么能在太空星海中邀游呢？要回答這個問題，我們得仔細(xì)了解—下上述兩個實(shí)驗(yàn)！

細(xì)心的你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，兩個實(shí)驗(yàn)中葉片的轉(zhuǎn)動方向是相反的：克魯克斯輻射計(jì)實(shí)驗(yàn)里的葉片是由黑而向白而旋轉(zhuǎn)，而列別捷夫光壓實(shí)驗(yàn)中的葉片卻是由白而向黑而旋轉(zhuǎn)。不過是光源和容器真空度略有不同，為啥差距就這么大呢？

那是因?yàn)樵诳唆斂怂馆椛溆?jì)實(shí)驗(yàn)中，容器內(nèi)真空度不高，留有部分氣體分子，照射后葉片黑色一面溫度較白色一面要高，相應(yīng)的，黑色一面的空氣分子運(yùn)動就更為激烈，進(jìn)而推動葉片由黑面向白面旋轉(zhuǎn)。而在列別捷夫光壓實(shí)驗(yàn)中，容器內(nèi)幾乎沒有氣體分子，葉片轉(zhuǎn)動的動力來源于激光器發(fā)射的光子，由于白面葉片對光的反射度較高，因此獲得的動量較大，而黑面葉片會吸收一部分光子，獲得的動量小，使得白色葉面“推”著黑色葉面，形成了葉片由白面向黑面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

聽了上面的解釋，你受到啟發(fā)了嗎？其實(shí)這兩個實(shí)驗(yàn)中真正證明了光壓存在的是列別捷夫光壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的真空狀態(tài)也模擬了太空中的狀態(tài)。當(dāng)太空中的光線照射到太陽帆飛行器時，借助光壓的推力，飛行器就可以在太空中邀游起來啦！

太陽帆與星際旅行

當(dāng)然，除了看示意圖，你還可以到中國科技館挑戰(zhàn)與未來A展廳親手體驗(yàn)—下包含上述兩個實(shí)驗(yàn)的展品——“太陽帆”！

太陽帆是目前人類合理利用能源、進(jìn)行星際旅行的希望。在迪斯尼動畫片《星銀島》中，就有在太空中展開一張張?zhí)柗那榫埃缤|闊大海上的百舸爭流。

目前，NASA（美國國家航空航天局）和JAXA（日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)）已經(jīng)在太陽帆技術(shù)上進(jìn)行了成功測試。也許在不遠(yuǎn)的將來，人類就能夠揚(yáng)起美麗的太陽帆，在太空星海中自由邀游了。