可能减缓星际太阳帆的神秘力量
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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，一种名为相对论光行差的现象开始起作用。
从地球上静止观察者的视角来看，漫散射光会朝着光帆的运动方向向前传播。
由于每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力，这意味着超过光速的75%后，漫散射（诚然是三种力中最弱的一种）会成为系统的主动阻力。
诚然，此时推进激光的净力仍为正，但效率下降幅度很大。
值得注意的是，该论文仅关注辐射动力学，未考虑非辐射因素（如星际气体或尘埃的阻力），也未涉及帆材料的热限制（如在高功率激光下可能熔化的问题）。
该论文将光帆材料视为理想化的反射镜。
在实践中，航空航天工程师正在探索针对特定激光波长进行调谐的先进超材料和光子晶体。
这些材料有可能利用论文中讨论的像差效应来主动自我校正并稳定光帆的飞行路径，确保其保持在光束中心。
工程技术必须迎头赶上
但我们距离积极建造和测试成熟的星际太阳帆还有很长的路要走。
在进行如此遥远的旅行时，还会有更多复杂问题，比如时空曲率，而这篇论文也将其简化掉了。
但在理解这类系统的飞行动力学方面的每一步都是朝着正确方向迈出的一步，因为当我们最终决定向另一颗恒星发射探测器时，我们将需要我们所能获得的所有工程技术和理解。
参考文献10.48550arXiv.2405.04052
改编自最初发表于《今日宇宙》的一篇文章。
相关知识
太阳帆是一种依靠太阳光压提供动力的航天器推进装置，通过巨大的轻质反射薄膜捕获光子动量，无需燃料即可在太空中持续加速。
它适用于深空探测、星际航行等任务，具有续航能力强、成本相对较低的优势，是未来航天技术的重要发展方向之一。
BY: Andy Tomaswick, Universe Today
FY: AI
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电压控制光子芯片有望提升智能眼镜显示屏效率
电压控制光子芯片有望提升智能眼镜显示屏效率 （映维网Nweon 2026年10月21日）智能眼镜需要紧凑高效的显示屏，既能呈现细腻图像，又不会消耗过多电量。激光束扫描是实现相关要求的一种方案。
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研究人员同时将器件与MEMS扫描镜集成，展示了它在激光束扫描系统中生成全彩图像的潜力。
更快切换，更低功耗 速度是这项研究的重点之一。
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方案不再依赖直接调制激光二极管来实现快速颜色控制，从而解决了限制传统激光扫描显示屏分辨率的一个因素。
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所演示的10 GHz带宽和全彩输出提供了实验证据，证明外部电压控制可支撑超紧凑激光束扫描显示屏。
相关论文：Thin-film lithium niobate photonic integrated circuit for laser beam scanning imaging 后续改进将着重降低光在通过铌酸锂波导时以及三色光合并过程中的光学损耗。
损耗降低后，系统整体效率有望提高，也能为将这类光子电路集成到紧凑型可穿戴显示屏中提供更有力的依据。
--- 原文链接：https://news.nweon.com/143700
首次出光！我国前沿科技尖端研究手段实现重要突破
据“上海科技大学”微信公众号10月21日消息，由上海科技大学牵头建设、中国科学院上海高等研究院及中国科学院上海光学精密机械研究所共同承建的国家重大科技基础设施——硬X射线自由电子激光装置（简称“SHINE”）成功实现自由电子激光首次出光，向着2027年底建成投用迈出关键一步。硬X射线自由电子激光装置SHINE首次出光。
图源：新华社 据介绍，SHINE的建设将大幅提升我国基础研究能力和原始创新能级。
SHINE于2018年4月启动建设，采用4吉电子伏特（GeV）连续波超导直线加速器产生的电子束，驱动18台4米长、磁周期为55毫米的波荡器线。
在全面建成后，SHINE加速器的电子能量将达到8GeV，首期两条波荡器线可产生光子能量覆盖0.2至15千电子伏特（keV）的自由电子激光辐射。
科学发展要求科学家们不仅能看清物质“长什么样”，还需知道它们“是怎样发生变化的”。
据悉，X射线自由电子激光犹如一台“超高速相机”，能够给原子拍摄“慢动作”。
它可以帮助科学家研究材料内部的原子排列的动态变化过程、化学反应中分子构型演变的动态过程、光照后材料电子结构的动力学、蛋白质工作时的结构演变动力学等问题。
对于产业应用而言，SHINE拥有的纳米级超高空间分辨能力与飞秒级的超快时间分辨能力，有望为生命科学、量子材料、未来能源等前沿科学领域提供微观结构解析、超快动力学研究等尖端研究手段。
作者：宋薇萍 钱佳滢
