一种可能减缓星际太阳帆的神秘力量

衍射太阳帆的概念图。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。

把航天器送往另一颗恒星不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都转向以光本身作为引擎。

其中一个主要构想是太阳帆，这是一种由光子推动的巨大反射片。在更具雄心的星际设计中，这种帆不仅会由阳光驱动，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所能达到的速度。

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。

光子以几种方式推动

这篇论文探讨了光子向太阳帆传递力的三种方式。第一种是入射光，其力来自撞击帆的光子的直接动量。第二种是镜面反射，当光子从反射表面干净地反弹时会传递额外的动量。第三种是漫散射，这种情况发生在光子被吸收后再以随机方向重新发射时。

在通常条件下，这些效应有助于推动帆的前进。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那些效应。

当帆远离其激光源时，到达它的光会因多普勒效应发生偏移。频率降低，随之而来的是三种光子驱动力各自产生的推力也会下降。这意味着帆的速度越快，就越难保持对它的高效加速。

光本身会变成阻力

当光帆达到光速的75%时，情况