宇宙也有「高速公路」(科技大觀)

北京新浪網 (2021-05-17 05:40)
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原標題:宇宙也有「高速公路」(科技大觀) 來源:人民日報

  據國際學術期刊《科學進展》日前報導,科學家在太陽系中發現了新的星際「高速公路」。小天體可以「借道」星際高速公路,用幾十年時間完成從小行星帶到海王星之外的軌道遷移,此前學術界普遍認為該遷移過程需要幾十萬至百萬年時間。

  在宇宙中航行,離不開引力,也藏有「高速公路」。星際高速公路,就是太陽系中一系列相互連接的空間流形管道構成的超級運輸網路。這些空間流形管道與太陽系天體的拉格朗日點密切相關。不同天體附近的流形管道在空間中可以相互連接,由此形成龐大的星際高速公路網路。在星際高速公路網路上運行的物體,無需消耗任何燃料便可從太陽系一處轉移到另一處。

  早在1997年,美國科學家就利用星際高速公路理論,為「創世紀號」航天器設計了低能量轉移軌道。該航天器在從2001年發射後到返回地球的過程中,幾乎沒有消耗任何燃料。2011年,中國「嫦娥二號」探月衛星完成任務后,利用剩餘不多的燃料「搭乘」星際高速公路飛向日地系統第二拉格朗日點,成為世界上第一個從月球飛向日地系統第二拉格朗日點的深空探測器。

  星際高速公路雖不是新理論,但它在太陽系小天體快速軌道運輸中發揮的重要作用卻是首次被發現,顛覆了人們對小天體軌道遷移速度的認知,也表明當今太陽系仍然處在快速演化的過程中。作為太陽系中引力最強的行星,木星附近的流形管道對太陽系中小天體的快速軌道遷移起主導作用,是太陽系星際高速公路網路中的「霸主」。小天體可以沿著流形管道抵達木星附近,在木星強大引力作用下,要麼被木星俘獲,要麼被木星彈出到海王星軌道之外,甚至彈出太陽系,成為進入恆星際空間的流浪天體。

  當然,其他星系也存在類似的星際高速公路,讓一些「不速之客」造訪太陽系。2017年,人類發現了首顆闖入太陽系的星際訪客「奧陌陌」;2020年,第二顆星際訪客「鮑里索夫」被發現。它們的到來很有可能與其母星的星際高速公路網路有關。

  星際高速公路理論為設計創新的空間任務軌道方案提供了基礎,有望進一步應用於未來的月球與深空探測中。該理論還增進了人們對太陽系中小天體軌道遷移規律的理解。星際高速公路令小天體在太陽系中的遷移速度加快,增加了小天體與行星發生碰撞的概率。據美國宇航局研究,1994年「蘇梅克—列維9號」彗星就是因為進入木星系統拉格朗日點附近的星際高速公路網路,最終撞擊木星。星際高速公路的混沌效應也增加了小天體軌道預報誤差和小天體碰撞概率的不確定性,加大了小天體的監測預警難度,對防禦潛在威脅小行星提出了挑戰。

  目前,我們對星際高速公路的認知仍然有限。小行星是否會搭乘星際高速公路到達地球?如何及時發現星際高速公路網路上運行的具有潛在威脅的小行星?未來人類能否藉助星際高速公路網路更快地飛出太陽系?要回答這些問題,科學家還需要進行更深入的研究。

  (作者為中國科學院國家空間科學中心研究員)

  《 人民日報 》( 2021年05月17日 17 版)

(責編:岳弘彬)

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