由 A小編 May 4, 2021
前言
在還沒有機械動力的時代，海上的船隻移動是藉由海風吹拂風帆形成的作用力來前進，有趣的是「帆」的概念也可以被應用於太空器的航行中。外太空是個幾近於真空的狀態，因此推動船帆的物質理所當然地不是風（空氣），那究竟是什麼能夠作為推動太空中的帆前進的動力呢？文章的標題就已經劇透了，答案就是「光」。有看過科幻電影的人可能知道「太陽帆」這個概念，宇宙航行器可以如帆船一樣在太空中張開一片大大的太陽帆，並藉由光的照射來提供航行器推力。
「光」驅動？
為什麼光能對太陽帆產生推力呢？根據量子力學的普朗克關係式，光子能量 Ep 可以用普朗克常數 h 乘與光波頻率 ν 來表示，而光子動能_p_也可以根據德布洛伊關係式來表現。假設太陽帆是個反射率 100% 的完美鏡面，如果今天有一束光打在太陽帆上完全反射後以相同強度但是相反方向射出，基於動量為一種向量，光子的動量會發生改變。再根據動量守恆原理，此時太陽帆本體必須獲得一個與光子反射方向相反的速度才能滿足動量前後不變。這看起來就像光在太陽帆上「施力」來推使太陽帆前進。由於力等於壓力乘與面積，後來科學家就定義光波在平面上造成的壓力為「輻射壓」（或稱光壓）。
伊卡洛斯太陽帆
世界上第一艘成功於星際間運行的太陽帆是在2010年由日本發射的探測器IKAROS（Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun，翻譯依靠太陽輻射加速的星際風箏），其取名自希臘神話中的人物伊卡洛斯。它是一片大面積正方形的薄膜式太陽帆，厚度僅有7.5 μm。其任務為探索星際空間中的各物質，例如伽馬射線暴、太陽風以及宇宙塵埃等，目前仍然穩定運行中。
