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未來可能實現(xiàn)利用地球反物質(zhì)環(huán)驅(qū)動飛船 反物質(zhì)具有的特征和普通物質(zhì)的相反－例如質(zhì)子帶正電荷，反質(zhì)子則帶負(fù)電荷。當(dāng)反物質(zhì)和普通物質(zhì)接觸，它們壯烈地湮滅，釋放出能量。意大利的PAMELA（負(fù)載反物質(zhì)探索和光核天體物理學(xué)）衛(wèi)星，2006年發(fā)射，在被稱為南大西洋異常的范艾倫輻射帶最內(nèi)層的一個區(qū)域發(fā)現(xiàn)了比預(yù)期多數(shù)千倍的反質(zhì)子。這個異常似乎是大得多的反物質(zhì)帶的集中區(qū)域，是輻射帶最內(nèi)層的最靠近地球表面的點（約500公里高度），約束這個輻射帶的地球磁力線在那里最弱。  藝術(shù)家想象中的一艘利用反物質(zhì)作為燃料的飛船 詹姆斯-畢克福特，美國麻省劍橋Draper實驗室的高級技術(shù)員，計算出地球的反物質(zhì)帶包含160納克反質(zhì)子。這本身看上去不算多－這些反物質(zhì)的純湮滅將只產(chǎn)生10千瓦－小時的能量－但是我們在地球上的粒子加速器內(nèi)產(chǎn)生的反物質(zhì)量和它相比，就少得可憐了。（例如，在美國伊利諾伊州的費米國家加速器實驗室花費一整年時間，耗盡數(shù)百萬美元，僅僅產(chǎn)生1納克反質(zhì)子，如果實驗室特別為那個目的而使用的話。） 反質(zhì)子通過地球和來自太陽系外的入射的宇宙射線之間的相互作用而產(chǎn)生。宇宙射線是以接近光速運動的帶電粒子，來自諸如超新星爆發(fā)和遺跡。當(dāng)它們遭遇地球的大氣層，它們和大氣分子碰撞，并衰減生成反質(zhì)子和反中子。因為它們帶電荷，反質(zhì)子被磁力線俘獲，較深入大氣層的反質(zhì)子和普通物質(zhì)的粒子快速地湮滅。然而，不帶電荷的反中子能夠逃逸回太空，在那里它們衰減為反質(zhì)子并被高得多的地球磁場俘獲，它們能夠存活數(shù)年�！ � PAMELA發(fā)現(xiàn)了超量的60－750MeV能量范圍內(nèi)的反質(zhì)子包含在南大西洋異常內(nèi)部，但這可能只是冰山一角。 “PAMELA的軌道被限制在350－600公里之間的高度，反質(zhì)子輻射帶預(yù)期延伸到數(shù)千公里，”論文的合作者阿里桑得羅-布魯諾說，論文將發(fā)表在《天體物理學(xué)通訊》上�！斑@些粒子中的一些在磁層的限制區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，并被俘獲，特別在外層，密度足夠低讓反質(zhì)子聚集，因為湮滅或者等離子化而引起的損失大大地減少了。”  地球磁場的簡化版。地球就像一根磁條，內(nèi)部磁動力在其熔融的鐵核內(nèi)產(chǎn)生，從而產(chǎn)生籠罩地球的磁場。范艾倫輻射帶是被束縛在我們頭頂?shù)拇艌鰞?nèi)部的帶電粒子環(huán)。正是在這些輻射帶內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子帶 。 160納克反物質(zhì)分布在我們頭頂數(shù)百公里到數(shù)千公里的范圍內(nèi)，其實際效應(yīng)是什么？科幻小說之夢描繪了宇宙飛船進(jìn)行反物質(zhì)反應(yīng)，但畢克福特，作為美國宇航局的先進(jìn)概念研究所的某項研究的一部分，考察了反質(zhì)子怎樣誘導(dǎo)核裂變反應(yīng)從而產(chǎn)生能量以推進(jìn)宇宙飛船。例如，從地球周圍的輻射帶收集到的30納克的反質(zhì)子足以讓核動力飛船在45天內(nèi)抵達(dá)火星，而美國宇航局的好奇號火星車在今年11月份發(fā)射升空后將花費9個月時間才能到火星。然而，訣竅是首先必須捕捉到反物質(zhì)。 畢克福特考察了某種被稱為等離子磁的東西。它將被安裝在太空飛行器上，太空飛行器將環(huán)繞地球飛行，經(jīng)過反物質(zhì)帶時加滿燃料（替代地，飛船可以�？吭谲壍娜剂蟼}庫時加油）。電流通過四個巨大的100米線圈，線圈彼此垂直，將產(chǎn)生一個自轉(zhuǎn)的磁場在周圍的等離子體內(nèi)誘導(dǎo)另一個電流，并產(chǎn)生第二個更強(qiáng)磁場束縛和儲存反質(zhì)子。“當(dāng)你想要發(fā)動引擎并湮滅反質(zhì)子，你讓它們和磁場的高強(qiáng)度區(qū)域附近的致密靶子碰撞，”畢克福特說。這誘導(dǎo)靶子內(nèi)部原子的核裂變反應(yīng)，產(chǎn)生能夠作為飛船動力的能量�！霸谶m當(dāng)?shù)臈l件下，其作用將像噴嘴推動飛行器前進(jìn)。 在他的NASA報告中，畢克福特推測，不僅到火星，而且到木星（10毫克的反質(zhì)子足以讓100噸負(fù)載進(jìn)行為期一年的往返飛行），或者到太陽系邊緣的‘太陽駐點’（旅行者號飛船在三十年后才剛剛抵達(dá)）的快速行動，或者到太陽的引力焦點（日地距離的550倍，那里由于引力透鏡效應(yīng)受到太陽引力放大的遙遠(yuǎn)光線將產(chǎn)生一架巨大的天然望遠(yuǎn)鏡）將成為可能。雖然地球周圍沒有足夠的反物質(zhì)為所有這些太空行動提供動力（以每年2納克的速率補(bǔ)充），它能夠為一些飛船提供動力，而其它行星也能夠開發(fā)自己的反物質(zhì)－畢克福特的報告宣稱土星是反質(zhì)子的最有潛力的生產(chǎn)者，每年240毫克。反物質(zhì)最終能夠被用來為前往鄰近恒星諸如半人馬α的飛行提供動力。然而，在我們開發(fā)反物質(zhì)帶的能量之前還有很長的路要走。 |
