可能减缓星际太阳帆的神秘力量

衍射式太阳帆的概念图。图片来源：美国国家航空航天局格罗弗斯沃茨兰德

太阳帆在接近光速的一个显著比例时，可能会遇到来自光本身的阻力。

让航天器抵达另一颗恒星并非仅仅是建造更大火箭的问题。化学推进对于实际时间尺度上的星际旅行来说太慢了，这就是为什么许多任务概念转而将光本身作为引擎。

主要方案之一是太阳帆，这是一块由光子推动的巨大反射片。在更具雄心的星际航行设计中，太阳帆不仅由阳光驱动，还会由强大的激光驱动，这些激光能将其加速到远超传统航天器的速度。

arXiv上一篇由哈尔滨工业大学的沈超和李佳泽撰写的新论文指出了一个奇怪的复杂情况。当速度达到光速的很大一部分时，原本推动帆前进的光可能会开始起相反作用。

光子有几种推动方式

这篇论文研究了光子向太阳帆传递力的三种方式。第一种是入射光，来自光子撞击帆面时的直接动量。第二种是镜面反射，当光子从反射表面干净地反弹并传递额外动量时发生。第三种是漫散射，当光子被吸收后再向随机方向重新发射时发生。

在普通条件下，这些效应有助于推动帆。但一旦航天器开始以相对论速度运动，情况就会发生变化——此时运动规则必须考虑在接近光速时变得重要的效应。

当光帆远离其激光源时，到达它的光会因多普勒效应发生偏移。频率下降，随之下降的还有三种光子驱动力各自产生的推力。这意味着光帆飞得越快，就越难保持对它的高效加速。

光本身会成为阻力

当光帆达到光速的75%时，情况会变得更糟。此时，一种名为相对