“光压”是什么?它能“驱动”未来人类的科技进程吗?

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“光压”是什么?它能“驱动”未来人类的科技进程吗?

列别捷夫实验中所用仪器的主要部分是一用细线悬挂起来的极轻悬体R,其上固定有小翼a及b,其中一个涂黑,另一个是光亮的。将悬体R置于真空容器G内。借助透镜及平面镜系统将由弧光灯B发出的光线射向小翼中的一个。由于作用在小翼上的光压力,使悬体R转动。转动的大小,可借助望远镜及固定在轴线上的小镜观察到。移动双镜能使光射在涂黑的小翼上。比较两种情况下悬体转动的大小,列别捷夫测得,涂黑表面所受的光压力比反射表面所受的光压力小一半,与理论完全符合。

借助薄片P1使光流的一部分射到温差电池T上可以度量入射光能量的大小,因而可以对理论做出定量的验证。

人们除了在理论上对光压进行研究之外,也在不断探索研究用光压推动的装置。

光压驱动太阳帆船

从儒勒·凡尔纳到阿瑟·C·克拉克,科幻作家们不止一次幻想过运用太阳光的作用力来推动“太阳帆”,驱动飞船在星际间航行,尤其是科幻小说家阿瑟·克拉克,他在小说《太阳帆船》提出的“太阳帆”概念,深入人心。

在我们的日常生活中,虽然我们能强烈地感受到光的热量,但却感受不到光的微弱能量。事实上,在炎热的夏天,人们感觉不到任何阳光的压力,因为阳光对1平方公里区域的总压力只有9牛顿。单光子产生的推力非常小。在地球和太阳的距离上,光在一平方米的帆上产生的推力只有0.9达因,小于蚂蚁的重量。但是在太空中运行的航天器是失重的,没有空气阻力,所以即使是轻微的推力(阳光的压力)也能使它向前加速。

科学家们设计的太阳帆飞船靠的就是它的光帆——非常轻而薄的聚酯薄膜。它们坚硬异常,表面上涂满了反射物质,使得光帆的反光性极佳。当太阳光照射到帆板上后,帆板将反射出光子,而光子也会对太阳帆飞船的光帆产生反作用力,推动飞船前行。因此,光帆的直径越大,获得的推力也越大,太阳帆飞船的速度也将越快。改变帆板与太阳的倾角,可以对飞船速度进行调整。因此,为了最大限度地从阳光中获得加速度,太阳帆必须建得既大又轻,而且表面要十分光滑平整。由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源,携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万千米的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4~6倍。

俄罗斯、日本先后做过几次类似尝试;美国也在研究太阳帆飞船,并为选择太阳帆的制造材料做了大量测试。美国宇航局预计宇宙帆船在近十年内成行,太阳帆飞船NanoSail-D将历经15年以上的航程,飞行37亿千米直到太阳系边缘,或是携带仪器探测遥远的冥王星。也许在不远的将来,人类将有可能借助太阳帆激游太空。

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