科幻可能會成現實啦！激光武器能改變小行星飛行路線

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據英國《每日郵報》報道，科學家正在建造應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」(Directed-Energy-System-for-Targeting-of-Asteroids-and-exploRation)。該系統將利用激光束攔截並改變小行星的飛行路線

科學家正在建造應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」(Directed-Energy-System-for-Targeting-of-Asteroids-and-exploRation)。該系統將利用激光束攔截並改變小行星的飛行路線。

激光攔截小行星的概念已經提出了好多年，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。加州大學聖塔芭芭拉分校的物理學家菲利普·魯賓(Philip-Lubin)和加州理工州立大學的加里·休斯(Gary-Hughes)教授是這一理論的提出者。

另一個較小規模的系統「DE-STARLITE」也在開發之中。研究者希望該系統能與有潛在威脅的小行星「並肩」飛行，在一段相對較長的時間裡使其飛行路線發生偏移。

研究者稱，總體而言，這些技術目前已經可以實現，主要的挑戰是如何建造一個足夠規模、足夠有效的DE-STAR系統。

左圖為DE-STAR系統進行多種任務的示意圖，包括小行星轉向、成分分析、長距離航天器供能和推進等。右圖是激光束導致小行星氣化的想像圖

在近期發表於《地球和行星天體物理學》(Earth-and-Planetary-Astrophysics)期刊的論文中，作者之一、加州大學聖塔芭芭拉分校的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，軌道行星防禦系統將有可能使小行星加熱到氣化的程度。

當小行星開始噴出物質的時候，反作用力將會使它們離開現有的軌道。據介紹，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。

就在去年，研究者在實驗室中模擬了該系統工作的效果——儘管是在較小的尺度上。他們利用玄武岩(已知的小行星成分類似)作為激光轟擊的目標，使其加熱至白熱狀態。這一過程會改變物體的質量，併產生類似「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，這一過程產生的能量足以改變小行星的運行路線。

「這裡發生的過程稱為升華或氣化，能將固體或液體轉化為氣體，」研究者解釋道，「這些氣體形成了一縷雲霧，也就是物質拋射，從而產生了反向的推動力，而這正是我們要測量的。」他們利用磁場使玄武岩旋轉，然後使激光固定在轉動的相反方向上，以減緩旋轉速率。

研究者用激光將玄武岩加熱至白熱狀態。這一過程會改變物體的質量，併產生類似「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，這一過程產生的能量足以改變小行星的運行路線

視頻結果顯示，玄武岩樣品的旋轉慢了下來，停住之後改變了方向，又重新旋轉起來。研究者表示，這一過程表明在太空中減緩小行星旋轉並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、捕獲和礦產開採。這些也正是美國航空航天局(NASA)的「小行星重定向任務」(Asteroid-Redirect-Mission)所制定的目標。

這項任務目前還處於理論研究階段，其目標是探訪一顆較大的近地小行星，在其表面採集岩石樣品並送回地球。有可能的話，可以將這顆小行星重定向到一個穩定的、圍繞月球的軌道上。

「所有的小行星都會旋轉；問題在於繞著什麼東西旋轉，以及轉動的速度有多快，」魯賓解釋道，「如果要在小行星上採礦，那它的旋轉速度要足夠慢，這樣你才能捕獲它。我們的實驗生動地揭示出，(激光系統)是使小行星停止轉動或重定向的有效方法。結果顯示這項技術能非常好地運行。」

另一個較小規模的系統「DE-STARLITE」也在開發之中。研究者希望該系統能與有潛在威脅的小行星「並肩」飛行，在一段相對較長的時間裡使其飛行路線發生偏移

玄武岩的成分與已知的小行星類似。研究者利用磁場使玄武岩旋轉，然後使激光固定在轉動的相反方向上，以減緩旋轉速率

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)的關鍵所在。DEEP-IN項目依賴於光子的推進力，即激光陣列所發出的光子能用於推動航天器飛行。

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，我們已經可以達到5倍的放大效果，通過改進提高倍數是可能的。」

玄武岩被放在一個扭力天平上，使其在受到激光轟擊時保持穩定

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中，還涉及到許多非常複雜的問題，研究者還有很長的路要走。