人造重力不只存在於科幻片中,或許我們已經找到最佳方法

2020-11-19 瓜聊科學


很多人好奇太空失重的感覺,但對於太空人來說失重是真正不方便的事。

你的工具到處亂飄,上廁所成為一件煩人的事,最重要的是,失重會造成一系列健康問題,肌肉萎縮,骨骼變弱,視力惡化都是太空人需要面對的挑戰。

自20世紀中期以來,科幻作品中一直在向我們展示,人造重力是可行的。

雖然這些作品常常會藉助遙遠未來的某種技術,但其實在不久的將來我們就可以實現一些人造重力的方法。

下面是理論上有可能可以實現的三種方法!

第一種方法其實很簡單:加速。

想像一下當你在電梯裡突然開始上升的情景,你會感受到自己對地板施加壓力。

不斷加速的太空飛行器實際上會產生與加速度相反方向的力。因此,一艘逐漸加速駛向目的地的飛船可以維持重力。

這或許不像地球重力那樣,但仍足以減輕失重對人體的影響,使船上的生命更容易適應。當到達旅程的最後一段時,飛船可以逐漸減速,同時也可以提供人造重力。

這種方法的一個關鍵障礙是推進技術的現狀。我們需要既強大又持久的推進器。

在這裡,推動離子流的電磁推進器可能是我們最大的希望,但在目前的狀態下,它們只能提供極低水平的人造重力,不足以產生有意義的影響。

今天,能夠產生重大影響的是另一種方法:向心力。

這可能是人類在太空中廣泛使用的第一種人造重力形式。如果你去過遊樂園,你可能已經體驗過轉盤的向心力。

當轉盤開始轉動時,裡面的人會被推到牆上,這是因為轉動讓牆對球的中心有一個力,不過這種轉動很容易讓人頭暈。

為了在太空中複製向心力的效應,我們需要製造某種繞中軸旋轉的太空飛行器,或者至少有一些繞中軸旋轉的部分。

為了做到這一點而不產生頭暈的效果,我們需要把它弄得非常巨大;然而,當從地球表面發射物體到太空時,尺寸卻是一個大問題。

在一個以30秒的速度繞中心旋轉的房間內模擬地球引力,需要一個224米半徑。不過,如果我們接受較低的引力,尺寸負荷將會減少。

利用向心力產生人造重力的充氣棲息地可以相對容易和便宜地部署,但安全性是最大的擔憂。

不過,前面兩種方法的問題可以通過一項突破性的技術來解決,這便是人造重力的第三種方法:負引力質量。

要想擁有人造重力,既能保護你不受飛船加速的影響,又能讓你不需要加速就有一個恆定的「向下」拉力,唯一的辦法就是你發現了一種負引力質量。

好消息是,現在就有這樣的實驗!

歐洲核子研究中心(CERN)的阿爾法實驗(ALPHA)已經創造出了反氫:一種穩定的中性反物質形式,並且正在努力以極低的速度將其與所有其他粒子隔離開來……

然後就可以測量它在引力場中的下落方式。如果它下落(與正常物質一樣),那麼它就有正的重力質量,我們就不能用它來建立重力導體。

但如果它在引力場中不是正常下落,那麼只要有一個實驗結果,人造重力就會突然成為一種物理可能性。

如果反物質的引力質量是負的,那麼通過設置反物質的上限和正常物質的下限,就可以創造出一個總是把人往下拉的人造引力場。

最後

未來幾年,隨著太空商業化的加速,比如酒店、娛樂和採礦的發展,我們可能會重新關注人造重力。這可能是我們使外太空更像家的另一種重要方式。

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