能帶我們穿越宇宙的光帆與電動帆

星際旅行是一項吸引人又非常有挑戰性的研究，因為宇宙間的距離實在太過遙遠，距離我們最近的恆星「比鄰星」超過4.2光年，現在最快的太空船航行者一號（Voyager 1）也需要七萬三千年才能抵達，想要實現星際旅行這樣的速度是不切實際的。

傳統火箭透過燃燒燃料來加速，更快的速度需要更多的燃料，但燃料的重量也會使火箭難以加速，因此需要更多的燃料來加速！基本上傳統的燃料火箭無法實現星際旅行。

利用光帆（light sail）可能是解決辦法，原理如同海上的帆船，但光帆接的不是空氣分子而是光子，利用光子微小的動量來推進。這樣的推進力雖弱，但是宇宙中多得是發光的天體，太空船可以綿延不絕得獲得推力。

最近有一篇研究探討了利用這些自然天體來做為太空船動力的來源，並計算加速至接近光速的可行性，它們對光帆以及更新穎的電動帆（electric sail）進行研究。電動帆原理類似光帆，但帆面以隱形的電場取代，接收帶電粒子獲取動量，2013年發射的ESTCube-1（Estonian Student Satellite Program 愛沙尼亞學生衛星計劃）便是一顆電動帆衛星。

研究人員以太陽、大質量恆星、超新星和活躍星系核（active galactic nucleus）作為推動帆的光源。這些光源的光度決定了光帆可以達到的最大速度。太陽太過微弱，但是來自大質量恆星的光卻可以將太空船加速到光速的百分之幾，利用超新星和活躍星系核甚至可以接近光速，足以實現星際旅行！

不過太空船加速需要時間，作者也研究了達到光速的5％、10％和20％所需的加速時間，取決於光源的光度。對於超新星來說，儘管光度極大，但爆發維持的時間可能無法提供足夠的加速。相較之下活躍星系核的峰值光度可以維持近億年，幾個月甚至是幾年的加速時間完全不是問題。

作者也提到這樣的光帆或電動帆，現階段的工業技術可能還無法打造，但根據理論上的可行性及物理學上對星際飛船的限制，也許先進的外星文明也會打造這樣的太空船，如果有，它們巨大的帆面或許可以被我們發現！

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】