在地球范艾倫輻射帶內圍繞地球有一個“反物質”環。反物質和物質相遇會發生湮滅釋放出大量能量，這個能量能為飛船提供動力嗎？理論上，這些極其微量的反物質可以誘導未來核動力飛船上的核反應。
基本介紹
- 中文名：反物質環
- 誘導：未來核動力飛船上的核反應
- 釋放：出大量能量
- 包含：160納克反質子
背景,研究,產生,捕捉,意義,
背景
一個反物質帶已經被發現環繞地球，未來可能被用來為前往太陽系內其它行星的危險的高速旅行提供燃料。
反物質具有的特徵和普通物質的相反－例如質子帶正電荷，反質子則帶負電荷。當反物質和普通物質接觸，它們壯烈地湮滅，釋放出能量。義大利的PAMELA（負載反物質探索和光核天體物理學）衛星，2006年發射，在被稱為南大西洋異常的范艾倫輻射帶最內層的一個區域發現了比預期多數千倍的反質子。這個異常似乎是大得多的反物質帶的集中區域，是輻射帶最內層的最靠近地球表面的點（約500公里高度），約束這個輻射帶的地球磁力線在那裡最弱。
研究
詹姆斯-畢克福特，美國麻省劍橋Draper實驗室的高級技術員，計算出地球的反物質帶包含160納克反質子。這本身看上去不算多－這些反物質的純湮滅將只產生10千瓦－小時的能量－但是我們在地球上的粒子加速器內產生的反物質量和它相比，就少得可憐了。（例如，在美國伊利諾州的費米國家加速器實驗室花費一整年時間，耗盡數百萬美元，僅僅產生1納克反質子，如果實驗室特別為那個目的而使用的話。）
產生
反質子通過地球和來自太陽系外的入射的宇宙射線之間的相互作用而產生。宇宙射線是以接近光速運動的帶電粒子，來自諸如超新星爆發和遺蹟。當它們遭遇地球的大氣層，它們和大氣分子碰撞，並衰減生成反質子和反中子。因為它們帶電荷，反質子被磁力線俘獲，較深入大氣層的反質子和普通物質的粒子快速地湮滅。然而，不帶電荷的反中子能夠逃逸回太空，在那裡它們衰減為反質子並被高得多的地球磁場俘獲，它們能夠存活數年。
PAMELA發現了超量的60－750MeV能量範圍內的反質子包含在南大西洋異常內部，但這可能只是冰山一角。
“PAMELA的軌道被限制在350－600公里之間的高度，反質子輻射帶預期延伸到數千公里，”論文的合作者阿里桑得羅-布魯諾說，論文將發表在《天體物理學通訊》上。“這些粒子中的一些在磁層的限制區域內產生，並被俘獲，特別在外層，密度足夠低讓反質子聚集，因為湮滅或者等離子化而引起的損失大大地減少了。”
捕捉
160納克反物質分布在我們頭頂數百公里到數千公里的範圍內，其實際效應是什麼？科幻小說之夢描繪了宇宙飛船進行反物質反應，但畢克福特，作為美國宇航局的先進概念研究所的某項研究的一部分，考察了反質子怎樣誘導核裂變反應從而產生能量以推進宇宙飛船。例如，從地球周圍的輻射帶收集到的30納克的反質子足以讓核動力飛船在45天內抵達火星，而美國宇航局的好奇號火星車在今年11月份發射升空後將花費9個月時間才能到火星。然而，訣竅是首先必須捕捉到反物質。
畢克福特考察了某種被稱為等離子磁的東西。它將被安裝在太空飛行器上，太空飛行器將環繞地球飛行，經過反物質帶時加滿燃料（替代地，飛船可以停靠在軌的燃料倉庫時加油）。電流通過四個巨大的100米線圈，線圈彼此垂直，將產生一個自轉的磁場在周圍的電漿內誘導另一個電流，並產生第二個更強磁場束縛和儲存反質子。“當你想要發動引擎並湮滅反質子，你讓它們和磁場的高強度區域附近的緻密靶子碰撞，”畢克福特說。這誘導靶子內部原子的核裂變反應，產生能夠作為飛船動力的能量。“在適當的條件下，其作用將像噴嘴推動飛行器前進。”
在他的NASA報告中，畢克福特推測，不僅到火星，而且到木星（10毫克的反質子足以讓100噸負載進行為期一年的往返飛行），或者到太陽系邊緣的‘太陽駐點’（旅行者號飛船在三十年後才剛剛抵達）的快速行動，或者到太陽的引力焦點（日地距離的550倍，那裡由於引力透鏡效應受到太陽引力放大的遙遠光線將產生一架巨大的天然望遠鏡）將成為可能。雖然地球周圍沒有足夠的反物質為所有這些太空行動提供動力（以每年2納克的速率補充），它能夠為一些飛船提供動力，而其它行星也能夠開發自己的反物質－畢克福特的報告宣稱土星是反質子的最有潛力的生產者，每年240毫克。反物質最終能夠被用來為前往鄰近恆星諸如半人馬α的飛行提供動力。然而，在我們開發反物質帶的能量之前還有很長的路要走。
意義
“和反物質作為潛在的推進技術有關的議題如此多，太陽帆、雷射和微波束等等，”記者Paul Gilster說。“這不是說它不是一個極其有前途的想法，如果物質和反物質彼此湮滅，有多少能量將被釋放啊，但地球附近的反物質帶遠遠不足以為Icarus之類的行動提供足夠的反物質。這兒我們正在談論足夠的反物質點燃核裂變或者核聚變反應，為太陽系內的飛行提供動力。”
畢克福特同意他的觀點。“對首次星際航行而言，這么做的超前性非常大，”他說。“相反，在太陽系內仍然有許多計畫，更容易完成，並不需要我們在此談論的基礎發展水平。我猜測人們將首先聚焦這些選擇。”
