[前沿] 4种改变未来生活的太空技术:避免世界末日到来


  科学家现在能观察到恒星的大量细节,上图是哈勃望远镜拍摄的银河系中最大的恒星形成区域之一——船底座星云



  云堤上方的雷电活动有助于科学家探测龙卷风的形成


  新浪科技讯 北京时间9月9日消息,你能否想象一个人类生活不再受严重风暴、龙卷风和洪水威胁的世界吗?不仅如此,未来世界中,从伦敦飞往澳大利亚的航程可能都不用一个小时。甚至,人类或许已经对时间的起源和宇宙性质有足够深入的了解,使得时间旅行不仅存在于理论中。


  在美国加利福尼亚州帕罗奥图的一个实验室中,科学家正在对上述这些技术进行研究。这个实验室属于美国航空和国防工业巨头——洛克希德·马丁(Lockheed Martin)公司,他们宣称自己正在开发能够改变世界的科技。


  通过与美国航空航天局(NASA)、众多世界顶尖大学和多个商业伙伴的合作,洛克希德·马丁公司把工作重点放在4个能改变历史走向的未来项目上,即:保护人类生命财产安全;发现宇宙起源的更多信息;以极超音速飞行;避免世界末日的到来。



  日冕物质抛射,由美国航空航天局的日冕仪拍摄


  追踪闪电


  今年五月份,龙卷风、洪水和其他剧烈天气使美国经济损失了30亿英镑。据统计,单单在这一个月内就报告了412场龙卷风。在中国,同样是五月份,梅雨季节的到来造成了81人死亡,10万户房屋受损,损失总额接近30亿英镑。


  有害天气给人类生活造成的影响怎么夸张都不为过。没有什么地方可以避免这种影响:2011年泰国的严重洪水过后,由于许多IT部件生产工厂受损,导致全球IT工业产品价格急速上涨,接踵而来的便是硬盘供应的短缺。


  如果能对龙卷风、洪水等事件的预测更加准确,就能使更多的生命幸免于难。静止卫星闪电测绘仪(Geostationary Lightning Mapper,GLM)或许能帮助我们实现这一目标。


  洛克希德·马丁公司先进技术中心的副总裁斯科特·福斯(Scott Fouse)说:“有很多活动发生在云层之中,独立于击向地面的闪电,这些活动可以为预测有害天气提供数据。”GLM传感器将整合到美国气候国家海洋与大气管理局的GOES-R气象卫星中,这颗卫星预计在明年发射。


  “这是一个堪与哈勃望远镜媲美的设备,利用通常用于观测恒星的技术来观测我们的地球,” GOES-R卫星的首席工程师斯蒂芬·乔利(Steven Jolly)说,“在龙卷风活动形成之前10分钟时,闪电活动会急剧上升,这意味着我们可以凭此拯救更多的生命。”


  这种高科技气象设备可以对地球进行每秒500帧的拍摄,还能为飞机提供避开风暴系统的导航服务,并且在地面电网受到威胁的时候还能发出警告。在原始GLM的基础上,科学家还在开发各种应用于不同环境的设备,以满足世界不同地方的需求。


  不仅是地球的天气会对我们的生活和飞机运行造成威胁,日冕物质抛射——大量气体和磁性粒子从太阳表面猛烈抛射出来——能在1到3天内到达地球,小规模的抛射会导致卫星停止工作,中止全球通讯系统,干扰飞行器控制和电网运行等。


  日冕物质抛射的规模越大,所造成的后果就越严重。“它们能在任何时间发生,”斯蒂芬·乔利说,“取决于抛射出现在太阳上的位置,以及当这些物质到达时遇上的什么区域。地球上有些地方会因此失去电力长达五个月时间。”


  每一年,保险公司都要为此类事件造成的电力损失赔偿约100亿美元。一种新的设备——太阳紫外成像器——同样将装载于GOES-R卫星上,它将追踪这类地磁事件,作出相应的警告,以减少干扰和损失。


  另一种设备是geoCARB,目前正由洛克希德·马丁公司与俄克拉荷马大学合作开发,它将对地球大气层中的碳水平进行测量,以帮助我们更精确地了解未来几年内,碳元素对地球生命的影响。


  2018年10月,近红外线照相机(NIRCam)将由欧洲航天局(ESA)的阿丽亚娜-5运载火箭送到詹姆斯·韦伯太空望远镜上。它将利用日冕仪探测光线。日冕仪可以用于拍摄中心发光天体周围的黯淡物体。借助NIRCam,我们可以获得正在形成的恒星和星系的详细图像。


  “通过光谱仪,我们还可以了解入射光的更多信息,比如当时的化学组成,以及观察气体云形成的过程,”斯蒂芬·乔利说,“这将为科学家了解宇宙起源提供线索。”


  NIRCam还将帮助我们了解暗物质和暗能量的奥秘,目前的望远镜还无法对这些神秘现象进行观测——尽管我们知道它们在那里。此外,它也将帮助我们了解空间和时间在最基础水平上是如何相互作用的。


  “我们认为时间在一个方向上发挥作用,但空间并不是以我们想象的方式出现,”斯蒂芬·乔利说,“空间会由于大型物体,如太阳,而产生涟漪。这种现象是否会导致时间旅行的出现?我不会排除任何可能。”


  NIRCam所采集的数据将对世界产生根本性的影响,不仅是对宇宙学家,而且是对人类的宗教和信仰体系。“通过了解宇宙的起源,我们将能够解释许多目前还无法理解的现象。”斯蒂芬·乔利说道。



  近红外线照相机(NIRCam)的光学模块。该相机由洛克希德·马丁公司和亚利桑那大学共同开发,在送上太空后,它将用来拍摄时间出现不久后的宇宙景象。


  极超音速的旅行


  极超音速太空旅行的想法并不新鲜。这个词在20世纪70年代就已经出现,表示的超过5马赫的速度,即5倍以上的音速。许多商业投资者试图解决极超音速飞行的难题,其中德国的一个项目提出,将在2030年时开发出能在90分钟内从欧洲飞往澳大利亚的极超音速航班。目前,洛克希德·马丁公司正在开发20马赫——超过2.4万公里每小时——和30马赫的技术。这意味着从英国飞到澳大利亚只需要不到1小时的时间。


  想要达到20马赫的速度,首先面临的挑战便是缺乏足够结实的材料。这种材料必须能承受极超音速所产生的高温,因而非常复杂。斯科特·福斯说:“我们拥有一种能够通过发散电子进行降温的材料,就像人体通过流汗降低体温一样。”


  洛克希德·马丁公司正在与伦敦帝国学院合作,后者拥有一个极超音速炮风洞,能用于测试这些新材料。“他们正走在技术的尖端,” 斯科特·福斯说道。


  极超音速飞行不仅能用于客运旅行。在国防工业上,这种技术能让宇宙占得先机;而当人道主义危机发生的时候,救援人员和物资也可以更快地到达目的地。不过,这种飞行方式在初期的成本可能会十分高昂。


  极超音速材料将与其他创新材料——如碳纳米管——一道,成为未来机械的主要材料。碳纳米管的直径比人头发直径小5万倍,在电池技术和纳米技术中正起着巨大的推动作用。


  “在我们设计宇宙飞船、飞机、汽车到可穿戴电脑设备的过程中,碳纳米管正引导着范式的改变,”斯蒂芬·乔利说,“现在我们有了能自己供能,并自动开启、关闭的传感器,而且不需要任何导线。这将有助于制造出极其微小和精致的卫星——大概是现在卫星的千分之一。想象一下未来的汽车会是什么样子,谁知道呢?”



  极超音速飞行和时间旅行?电影《回到未来》里的场景能否成为现实?



  6600万年前,一颗小行星的撞击导致了恐龙的灭绝


  避免世界末日


  2013年,一颗宽约15米的陨石撞向了俄罗斯的车里雅宾斯克,造成大约2000人受伤。这是近期历史中第一次有一颗小行星能够穿破地球大气层,并造成大规模的破坏。


  地球几乎无时不刻都受到太空岩石的撞击,但只有那些较大的陨石才会造成问题。根据美国航空航天局的估算,如果一颗小行星要造成全球性灾难, 其宽度需要超过400米,而这种事件只是十万年一遇。


  地球在太阳系中的位置十分优越,其他巨大的行星将危险的物体从我们身边拉开。上一次严重的撞击发生在1908年,一颗小行星同样撞击了俄罗斯,导致了一场里氏5级的地震。由于撞击地点非常偏僻,只导致了一人死亡。如果这颗小行星在4小时47分钟之后撞向地球,它将直接落在圣彼得堡,当时该城市的人口超过一百万。


  现在科学界的主流意见认为,在6600万年的白垩纪,由于一颗约10公里宽的小行星撞击地球,导致当时繁盛的恐龙灭绝。这颗小行星落在了墨西哥的尤卡坦半岛,现在该地点被称为希克苏鲁伯陨石坑。据估算,此次撞击的能量相当于10亿颗广岛原子弹的威力,导致了一系列化学反应。


  NASA和洛克希德·马丁公司的科学家试图找出一种避免类似灾难的方法。从1998年开始,NASA就在资助对所谓“近地小行星”进行分析归类的项目。不过,预计在2016年9月发射的一项任务将改变人类与小行星的关系。


  “如果一块足够大的物体撞向地球,那将是非常糟糕的一天,”斯蒂芬·乔利说,“我们需要找到靠近这些近地物体的方法,我们要做的就是改变它们的轨道。”


  OSIRIS-Rex是一个载人航天器,它的目的地是小行星101955(Bennu)。这颗小行星很有可能在22世纪末撞向地球。NASA目前监控的小行星超过1400颗,它们都有可能给地球带来重大损失。


  “OSIRIS-Rex将靠近一颗近地小行星,采集样品后带回地球,”斯蒂芬·乔利解释道,“我们不会炸掉任何东西,但这只是开始。我们正在学习如何影响小行星的运行路线。”


  这项任务还很可能在这颗小行星上找到新的元素。“每一次我们从太空中带回样品,无论是星际尘埃,还是彗星物质,或者太阳深处发射出来的粒子,有关太阳系的所有理论每次都会有所改变,”斯蒂芬·乔利说,“如果你有一本超过10年历史的科学教科书,现在或许可以把它扔到一边了。”


  保护地球需要的还不仅仅是防御小行星。“最大的谜题之一是,火星上的水发生了什么?”斯科特·福斯说,“我们为NASA建造了MAVEN(火星大气与挥发演化)探测器,它将在火星轨道上运行,并进行深层接触,采集样品,从而进一步了解火星大气层。这些数据将帮助我们更好地了解地球的复杂环境。”或许这才是保护地球未来的最好借鉴。


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