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页数:131

译者:

出版时间:2010-6

价格:28.80元

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isbn号码:9787303109630

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《星际航行与宇宙探索：超越太阳系的界限》 图书简介 本书深入探讨了人类文明向深空迈进的宏伟蓝图与技术挑战，聚焦于超越我们太阳系疆域的星际航行理论、先进推进系统、系外行星的探索，以及建立地外文明的长期愿景。这不是一本关于电子元件或操作系统维护的手册，而是关于人类未来可能栖息的星辰大海的深度考察。 第一部分：理论基石与现实挑战 第一章：距离的诅咒与光速的桎梏 本章首先剖析了宇宙尺度的巨大性。我们以地球到最近的恒星——比邻星（Proxima Centauri）约4.24光年的距离为例，阐述了传统化学火箭在时间尺度上的不可行性。我们详细计算了以当前最快的人类探测器（如“旅行者号”）的速度抵达该星系所需的时间——超过七万年。 核心内容将聚焦于“相对论效应”和“时空几何”对星际旅行的影响。我们不会涉及计算机硬件的任何知识点，而是深入探讨： 狭义相对论的速度极限： 为什么质量体无法达到光速，以及接近光速时因质量和时间膨胀带来的物理挑战。 曲率驱动（Alcubierre Drive）的理论建模： 虽然仍属理论范畴，但本章将详细解析“负能量密度”和“时空气泡”的概念，这是人类尝试规避光速限制的数学模型基础。我们将探讨其对能量需求的苛刻要求，并分析当前对奇异物质（Exotic Matter）的认知局限。 虫洞（Wormholes）的可能性与稳定性： 作为理论上最短捷的路径，我们将审视爱因斯坦-罗森桥（Einstein-Rosen Bridges）的数学结构，以及维持其开放性所需的巨大引力约束。 第二章：下一代推进系统：超越化学燃料的范式 本部分完全摒弃了对传统PC架构和组装流程的讨论，转而聚焦于为超远距离旅行提供动力的前沿技术。 核聚变推进（Fusion Propulsion）： 详细分析了惯性约束聚变（ICF）和磁约束聚变（MCF）在航天领域的应用潜力。重点阐述了如何利用氘和氚的聚变反应产生的巨大热能驱动等离子体喷流，实现远高于化学火箭的“比冲”（Specific Impulse）。我们将对比不同聚变反应堆设计（如D-T反应与更清洁的D-He3反应）在星际任务中的优劣。 光帆与激光推进（Laser Sails and Directed Energy Propulsion）： 介绍突破摄星计划（Breakthrough Starshot）等项目的工作原理。我们讨论了如何利用地球轨道上的巨型激光阵列，对微型探测器（“纳米飞船”）上的巨大、超轻薄反射帆施加持续推力。本章将包含对材料科学的探讨，例如石墨烯或超高反射率薄膜在极端光照下的稳定性和效率问题。 反物质推进（Antimatter Propulsion）： 这是理论上效率最高的推进方式。我们详述了如何产生、储存和安全地控制反物质（如正电子或反质子）。储存技术，尤其是彭宁陷阱（Penning Traps）在极端真空中的应用，是本章的难点。同时，也将审视反物质湮灭产生的能量如何转化为有效的推力。 第二部分：系外世界的探索与生物学挑战 第三章：系外行星搜寻与特征分析 本章不涉及任何计算机系统的诊断或调试，而是专注于天文学和行星科学的最新进展。 凌日法与径向速度法的局限与突破： 详细分析开普勒和TESS任务的数据处理方法，重点在于如何从星光微小变化中分离出行星信号，以及多普勒频移分析如何揭示行星质量。 宜居带的重新定义： 探讨“宜居带”（Habitable Zone, HZ）的概念，并引入“潮汐锁定”、“行星地质活动”以及“磁场保护”等因素对生命维持能力的重要性。 大气光谱学的解析： 介绍詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）等下一代设备如何通过分析系外行星大气层穿过的星光光谱，寻找生命信号（Biosignatures），如氧气、甲烷、水蒸气和臭氧的组合特征。 第四章：人类的生物适应与长期生存（The Long Haul） 星际旅行对人体生理和心理构成了前所未有的挑战。本章完全侧重于生物工程和生命支持系统。 深空辐射防护： 分析银河宇宙射线（GCRs）和太阳粒子事件（SPEs）对DNA和中枢神经系统的长期损害。讨论被动屏蔽（如水、聚乙烯）与主动磁屏蔽的工程设计。 人工重力与骨骼退化： 探讨长时间失重状态下导致的骨质流失、肌肉萎缩和心血管功能障碍。书中会详述旋转式栖息地（如奥尼尔圆柱体或环形结构）如何通过提供向心力来模拟重力，以及这些结构在设计和维护上的工程复杂性。 生命支持与封闭生态系统（CELSS）： 深入研究如何建立完全自给自足的、可循环的生态圈。这包括水循环、空气再生（通过藻类或高级植物光合作用）以及食物生产系统（如水培和气培技术），确保船员在数十年甚至数百年旅程中无需外部补给。 第三部分：建立地外前哨 第五章：星际殖民地工程与新物理学应用 本章展望了人类在目标恒星系定居的可能形态，完全跳脱了地球上的传统建筑和维护概念。 戴森云与能量采集： 介绍理论上的戴森球（Dyson Sphere）或戴森云（Dyson Swarm）的概念，即包围恒星以获取其全部能量输出的巨型结构。讨论其建造所需的星际资源开采（In-Situ Resource Utilization, ISRU）技术，以及如何管理如此庞大的能量输出。 低温休眠技术（Cryosleep/Stasis）： 对于无法实现光速飞行的任务，休眠是延长寿命和减少资源消耗的关键。本章分析了当前在哺乳动物冷冻保护方面遇到的细胞损伤、复苏过程中的代谢重启等生物医学难题，以及如何利用纳米机器人技术辅助组织修复。 跨代飞船（Generation Ships）的社会学模型： 如果旅程需要数百年，飞船本身将成为一个微型社会。我们将分析这种社会结构可能面临的文化漂移、资源分配冲突以及法律和伦理的演变，这涉及社会学和人类学，而非计算机系统管理。 本书致力于提供一个全面的、基于当代科学前沿的星际旅行技术与挑战的概览，是一部面向未来，跨越物理、生物与工程学鸿沟的探索之作。

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