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穿越宇宙的电波添加时间:2019-06-07

  “生命从海洋登上陆地是地球生物进化的里程碑,但上岸的鱼再也不是鱼了;同样,真正进入太空的人,再也不是人了。”这段《三体》中的台词,是关于人类飞向外太空后的想象。

  在小说中,太空舰队脱离地球流浪在太空,他们只用五分钟就迅速建立了一个迥异于地球规则的新社会,用氛弹将另一艘飞船上的人变成了蛋白质资源……当然,这些都是作者对极端环境的一种个体想象。

  不过,有一件事却是可以肯定的,当人类打算飞向外太空时, 需要改变的认知和习惯比想象中要大得多得多。举个例子,通过太阳光照来获取能源,在地球上已经司空见惯了。但离开了地球大气层之后,人类面对的是一个极其寒冷的宇宙。

  外太空的平均温度仅仅比绝对零度高 3 摄氏度,也就是零下 270 摄氏度左右,卫星以及国际空间站的设备都需要特别的防寒设计来保证工作。

  那么,是不是也需要开发除了太阳热能之外的资源来为未来的人类供应能源呢?

  类似的研究其实早已经启动了。最近 AIP 出版的《应用物理学快报》刊登了一项新的研究成果,可以直接从寒冷的宇宙中获得电力。

  用“寒冷”发电:到底是怎么回事儿?

  我们早已习惯了地球上铺天盖地的太阳能电池板,但它们都需要光照才能为人类提供电能。不过,最近美国物理研究所的科学家们研发了一种红外半导体装置,可以从超低温度的外层空间中获取能源,最关键的是,这种设备可以在夜间工作,即使是阴雨雾霾等天气,都可以全天候运行。

  那么,它的物理学原理到底是什么呢?

  我们知道,传统的太阳能电池板是通过大规模的光电二极管组合而成,通过激发硅等半导体材料中的电子,从而将太阳光转换为电能。

  研究人员于是反其道而行之,利用“负照明效应”,即光电二极管的“反向”操作,在热量逃逸回太空时,通过在大气层外布置的红外半导体来收集辐射能量并将其转换成电流。

  论文作者、加州斯坦福大学的 Shanhui Fan 表示,就光电物理而言,在入射辐射和出射辐射之间确实存在非常美丽的对称性。

  而实验中捕捉到的可测量电流,也证实了这一概念的可行性,尽管功率小的可怜,只有每平方米 64 纳瓦。

  根据理论测算,目前的设备设计应该能够产生每平方米近 4 瓦的电能,也就是实验效果的 100 万倍,足以维持一些低功率设备和机器在夜间运行。论文的另一位作者小野正(Masashi Ono)也表示,这个实验产生的功率远远低于理论极限,接下来会继续从材料等着手提升设备的性能。

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