“光环驱动”可以通过在黑洞周围发射光来实现相对论速度

通过在黑洞周围发射光，你可以将木星大小的飞船发送到相对论速度。

需要提升速度吗？别再看了。

图片来源：Dabarti CGI/Shutterstock.com

如果有一天我们想要探索银河系（更不用说宇宙的其他部分），我们就会遇到速度问题。 2023 年末，美国宇航局帕克太阳探测器达到了人造物体有史以来的最高速度，达到每小时 635,266 公里（394,736 英里）。

虽然令人印象深刻，但这只是光速的 0.059%。以这样的速度访问距离我们最近的邻居比邻星（4.2 光年）大约需要 7,700 年，因此需要一代代的飞船（或机器人探测器）来探索它或任何其他更远的有趣恒星。

为了达到这些速度，以及在其他访问太阳系最远距离物体的任务中，美国宇航局经常使用“重力辅助”。当航天器接近一个大天体（行星或恒星）时，动量从行星转移到航天器上，稍微减慢物体的轨道，以换取速度的显着增加。本质上，你从行星或恒星窃取了一些动能。 

“一些机器人航天器已经使用‘重力辅助’技术来实现太阳重力井‘高处’的目标。旅行者 2 号于 1977 年 8 月发射，飞越木星进行侦察，并加速飞往土星，”NASA 解释道。 。 

“航海家一号在下个月发射并做了同样的事情（在航海家二号到达木星之前到达木星）。航海家二号随后获得了土星的协助，随后又获得了天王星的协助，一路攀登到海王星甚至更远的地方。伽利略受到金星的一脚踢击两个来自地球，在绕太阳运行前往目的地的途中，卡西尼号获得了金星的两次助推，一次来自地球，另一次来自木星，以获得足够的动力到达土星。”

有人提出，我们可以通过在紧凑双星系统中的中子星周围使用重力辅助，将船只发送到相对论速度。然而，这样的任务将非常危险，2019 年，哥伦比亚大学天文学助理教授 David Kipping 提出了另一种方法，我们可以安全地使用这个巧妙的技巧，即在黑洞周围发射质子。

黑洞是一种强大的引力来源，它是由大质量恒星（或可能通过直接塌缩）形成的，这些恒星在其巨大的质量下塌陷，甚至不允许光逸出。但试图驾驶一艘宇宙飞船围绕一个宇宙飞船飞行是一个想成为意大利面条的人的行为。 

但当光穿过引力井时，我们知道它也会获得能量。由于光以宇宙速度极限（所有无质量粒子必须以该速度行进）传播，因此它无法因落入或脱离重力井而获得或失去速度。相反，当光落入重力井时，其频率变得更高并发生蓝移，而从重力井出来的光则发生红移。 “光环驱动器”正是利用了这一点。 

基本思想是，在合并之前向相互旋转的一对黑洞或快速旋转的单个黑洞发送一束光束，并使用更高能量的蓝移光来加速您的航天器。

基平在书中写道：“使用移动的黑洞作为引力镜，来自黑洞的动能以蓝移的形式转移到光束，返回时，回收的光子不仅加速，而且还为航天器增加能量。”纸。 “这里表明，获得的能量可以随后消耗以达到黑洞速度约 133% 的最终速度。”

当光绕着黑洞传播时，它会形成一个光环，驱动器因此得名。

“所提出的系统是航天器以精心选择的角度向黑洞发射准直能量束，以便光束返回航天器 - 所谓的回旋镖测地线，”基平继续说道。 “如果黑洞向航天器移动，正如利用紧凑的双星系统可以轻松实现的那样，粒子光环将以更高的能量（和动量）返回。然后，这种能量会转移到航天器上，从而实现加速。总体而言然后，光环驱动器通过引力辅助将动能从移动的黑洞转移到航天器。”

利用这种驱动器，星际文明可以在黑洞双星之间跳跃而无需燃料，并利用它们在接近时减速。根据该论文，航天器的质量并不重要，只要它远低于黑洞系统的质量即可，这意味着它可以将木星大小的船只推进到相对论速度。

使用光环驱动器只会对双黑洞产生最小的可检测影响，因为使用它们来减速会有效地消除使用它们来加速的效果（谢谢，牛顿第三定律）。

基平补充道：“然而，出发和到达之间的有限时间差将导致双星系统在比自然情况更紧的半长轴上花费时间，在此期间它将经历更快速的螺旋引力辐射。” “因此，光环驱动器的一个可能的技术特征是，与中子星对应物相比，黑洞双星螺旋的速度会提高。”

该研究由英国星际学会发表，可在 arXiv 上找到。