星海中扬起“太阳帆”

王珊珊　宋岳龙

2016年10月17日，我国在酒泉卫星发射中心使用“长征二号F”遥十一火箭成功将“神舟十一号”载人飞船送入太空，实现了中国航天的又一次重大胜利。在感到欢欣鼓舞的同时，不知道你有没有想过一个问题：除了目前的火箭，是否还能有其它办法让我们实现邀游太空的梦想呢？请超人来帮忙？这个有点不现实。今天就给大家介绍一个新方法——太阳帆！

太阳帆与光压

可能你听说过单桅帆、双桅帆这些帆船上的“帆”，但就是没听过太阳帆。太阳帆的材料是一种非常轻薄的聚酯薄膜，坚硬异常且表而涂满反射物质，具有极佳的反光性。与我们平常所知依靠风力来获得动力的帆不同，太阳帆可以利用被太阳光照射时产生的压力进行宇宙航行，这种压力就叫做“光压”。光具有波粒二象性，就像气体分子与物体的频繁碰撞会产生压力，当光照射到物体表面并被反射时，也会对物体产生压力，这就是其粒子性的典型表现。

可是当我们晒太阳的时候，为啥感觉不到太阳公公在戳、戳、戳我们呢？

那是因为我们晒太阳时所接受的光压很小，如果阳光直射到地而，并且光被地面全部吸收，那么地面所感受到的光压也只有4.5×10帕，不足一个标准大气压强的二十亿分之一，总之就是很小很小很小啦！

关于光压的探索

关于光压的探索最早可以追溯到17世纪。1619年，德国天文学家开普勒提山，彗星的尾巴之所以背向太阳，是因为一种太阳风将其吹开，而这股太阳风其实就是太阳光对彗星产生的压力，也就是我们现在所说的“光压”。

开普勒的猜想可以说是第一个涉及到光压的论述。后米，为了证明光压的存在，物理学家进行了各种实验，其中较为经典的要数克鲁克斯辐射计实验和列别捷夫光压实验了。

太阳帆遨游的奥秘

太阳帆为什么能在太空星海中邀游呢？要回答这个问题，我们得仔细了解—下上述两个实验！

细心的你可能已经发现了，两个实验中叶片的转动方向是相反的：克鲁克斯辐射计实验里的叶片是由黑而向白而旋转，而列别捷夫光压实验中的叶片却是由白而向黑而旋转。不过是光源和容器真空度略有不同，为啥差距就这么大呢？

那是因为在克鲁克斯辐射计实验中，容器内真空度不高，留有部分气体分子，照射后叶片黑色一面温度较白色一面要高，相应的，黑色一面的空气分子运动就更为激烈，进而推动叶片由黑面向白面旋转。而在列别捷夫光压实验中，容器内几乎没有气体分子，叶片转动的动力来源于激光器发射的光子，由于白面叶片对光的反射度较高，因此获得的动量较大，而黑面叶片会吸收一部分光子，获得的动量小，使得白色叶面“推”着黑色叶面，形成了叶片由白面向黑面旋转的现象。

听了上面的解释，你受到启发了吗？其实这两个实验中真正证明了光压存在的是列别捷夫光压实验，实验的真空状态也模拟了太空中的状态。当太空中的光线照射到太阳帆飞行器时，借助光压的推力，飞行器就可以在太空中邀游起来啦！

太阳帆与星际旅行

当然，除了看示意图，你还可以到中国科技館挑战与未来A展厅亲手体验—下包含上述两个实验的展品——“太阳帆”！

太阳帆是目前人类合理利用能源、进行星际旅行的希望。在迪斯尼动画片《星银岛》中，就有在太空中展开一张张太阳帆的情景，如同辽阔大海上的百舸争流。

目前，NASA（美国国家航空航天局）和JAXA（日本宇宙航空研究开发机构）已经在太阳帆技术上进行了成功测试。也许在不远的将来，人类就能够扬起美丽的太阳帆，在太空星海中自由邀游了。