在可实际接受的时间内到达另一颗恒星，将需要远比化学火箭更强大的东西。一个领先的想法是太阳帆，这是一种大型反射结构，可以被光推动。如果朝着这样的帆瞄准极其强大的激光，它们可以将帆加速到远超当前推进系统所能达到的速度。但一旦帆开始以相当比例的光速运动，可能会出现一个意想不到的问题。根据哈尔滨工业大学的Chao Shen和Jiaze Li在arXiv上发表的新论文，推动帆的同一光线最终可能产生阻力效应。光如何推动太阳帆研究人员将光子冲击太阳帆产生的力分为三类。最强的贡献来自入射光（光子撞击帆的原始动量）。其次是镜面反射（光子完美反弹时所带来的动量）。最弱的贡献来自散射（光子被帆吸收后以随机方向重新发射的动量）。在相对较低的速度下，这些效应都对推动帆向前产生贡献。一旦航天器达到相对论速度，情况变得更加复杂。多普勒效应削弱了推动当帆飞速远离激光源时，接收到的光经历越来越强的多普勒红移。入射光的频率降低，从而减少所有三个组成部分产生的推力。因此，持续加速变得逐渐低效。帆飞行得越快，激光保持其速度的难度就越大。一旦太阳帆达到光速的约75%，情况会变化得更加戏剧性。散射光开始产生阻力在该速度下，相对论性光畸变变得重要。从地球上一位静止观察者的角度看，散射光开始向前发射，指向帆正在行进的方向。由于每个动作都有相等且相反的反应，因此该向前发射的辐射会在相反方向产生一种力。这意味着散射（虽然是三个力中最弱的那一个）在帆的速度大约超过光速的75%时开始作为阻力行动。激光仍然在总体上推动帆向前，因此总力不会变成负值。然而，推进系统的效率大幅下降。现实中的太阳帆将面临更多挑战该研究专注于辐射动力学。它不包括非辐射效应，比如星际气体或尘埃的碰撞和阻力。它还省略了真实帆材料的热极限。暴露在极强激光下的帆可能会过热甚至融化。为了简单起见，研究人员将太阳帆建模为一个理想化的镜子。真实的航天器可能会使用更复杂的材料。工程师们已经在研究针对特定激光波长设计的先进超材料和光子晶体。从原则上讲，这些材料甚至可能利用研究中描述的畸变效应。它们可以帮助太阳帆自动校正其方向并稳定其轨迹，以便保持在激光束的中心。走向星际飞行的漫长道路一个完全可操作的星际太阳帆仍然离现实相去甚远。穿越星际距离引入了许多额外的复杂性，包括时空的弯曲，这篇论文也对此进行了简化。尽管如此，理解这些高速效应对于确定此类航天器如何最终工作是非常重要的。如果人类某天将探测器送往另一颗恒星，工程师们将需要详细了解可能影响其旅程的每一种力。