在許多沒有獲得諾貝爾獎的物理學(xué)家中，Edwin Herbert Hall)是其中的一個(gè)，對他來說，這次失敗似乎特別不公平。
1879 年 10月28 日，這23 歲的霍爾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)至今仍在回蕩的發(fā)現(xiàn)（這個(gè)發(fā)現(xiàn)幫助另外四個(gè)人獲得諾貝爾獎）。在新成立的約翰霍普金斯大學(xué)的一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，霍爾在檢流計(jì)計(jì)位移中看到了一根針，表明沒有明顯原因的電勢。
他發(fā)現(xiàn)了一種很快就會被稱為霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象。假設(shè)您有電流流過扁平的導(dǎo)體帶。現(xiàn)在，您將色帶置于垂直于導(dǎo)體平面的磁場中。快！電流瞬間移動，被磁場推到色帶的一側(cè)。這會在色帶的兩側(cè)產(chǎn)生相反的電荷，從而產(chǎn)生電位差，從而迅速平衡磁場產(chǎn)生的力。該電位表現(xiàn)為垂直電壓，這是霍爾測量的。
今天，霍爾效應(yīng)在“現(xiàn)實(shí)世界”和現(xiàn)實(shí)世界之外都有重要的應(yīng)用。檢測和測量磁場的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用稱為霍爾效應(yīng)傳感器的設(shè)備。
這種傳感器每年售出數(shù)億件。但霍爾效應(yīng)最有趣的應(yīng)用之一是航天器推進(jìn)。而現(xiàn)在，正如 Dan M. Goebel 和 David Oh 在“金屬世界的使命”中所指出的那樣，基于霍爾效應(yīng)的推進(jìn)器將首次推動名為 Psyche 的宇宙飛船進(jìn)行星際航行。
在 1960 年代初期，美國和蘇聯(lián)的研究人員開始發(fā)表關(guān)于使用電產(chǎn)生等離子體產(chǎn)生推力的實(shí)驗(yàn)的論文。美國很快放棄了霍爾推進(jìn)器計(jì)劃，轉(zhuǎn)而采用另一種稱為離子推進(jìn)器的方式。不過，蘇聯(lián)的工作仍在繼續(xù)，1971 年在蘇聯(lián)氣象衛(wèi)星上發(fā)射了霍爾推進(jìn)器。這是一件大事的開始。
到目前為止，已有 100 多顆蘇聯(lián)或俄羅斯衛(wèi)星使用霍爾推進(jìn)器，主要用于航天器定向或維持其軌道。在美國，興趣在 1992 年重新燃起，當(dāng)時(shí)作為美國國防部項(xiàng)目的一部分，一組研究人員訪問了俄羅斯實(shí)驗(yàn)室，該項(xiàng)目基于俄羅斯技術(shù)生產(chǎn)推進(jìn)器。今天，工程師們正在世界各地的數(shù)十個(gè)政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)霍爾推進(jìn)器。
霍爾推進(jìn)器將開始推動一艘重達(dá) 2600 公斤的航天器，其推力相當(dāng)于五個(gè)美國四分之一的重量。
考慮一下 SpaceX 的 Starlink 計(jì)劃，該計(jì)劃在低地球軌道上聚集衛(wèi)星以提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。迄今為止發(fā)射的1800 多顆衛(wèi)星中的每一顆都帶有霍爾推進(jìn)器，這使 SpaceX 成為迄今為止世界上最大的電動推進(jìn)器運(yùn)營商。
霍爾推進(jìn)器使用電源在陽極和陰極之間建立電位差。惰性氣體，例如氙氣或氪氣，通過陽極中的孔進(jìn)入通道，從陰極流向陽極的電子使氣體電離，形成帶電等離子體。施加的磁場迫使電子圍繞推進(jìn)器的軸在陽極下游的出口附近循環(huán)。在溝道中旋轉(zhuǎn)的橫向電子電流稱為霍爾電流。這種電流在等離子體中產(chǎn)生電場，讓人想起霍爾發(fā)現(xiàn)的電場，它加速離子并將它們射出通道末端，產(chǎn)生推力。
Robert Goddard、Konstantin Tsiolkovsky 和 Wernher von Braun 都設(shè)想在長期太空任務(wù)中使用某種形式的離子推進(jìn)器。2018 年達(dá)到了一個(gè)重要的里程碑，當(dāng)時(shí)美國宇航局對小行星灶神星和矮行星谷神星的黎明任務(wù)由網(wǎng)格離子推進(jìn)器推動，這是一種不同類型的等離子體驅(qū)動器。
明年 8 月，正如 Goebel 和 Oh 在他們的文章中所指出的，四個(gè)裝有氙氣的霍爾推進(jìn)器將開始推動 Psyche 宇宙飛船——全部 2600 公斤——在 24 億公里的小行星帶之旅中。對于只產(chǎn)生280 毫牛頓推力的火箭發(fā)動機(jī)來說還不錯(cuò)——相當(dāng)于五個(gè)美國四分之一的重量。到 2024 年，一組霍爾推進(jìn)器將為 Gateway 月球空間站提供動力，這是 NASA 將宇航員送回月球的 Artemis 計(jì)劃的關(guān)鍵要素。
你可以稱之為霍爾天才的動人證明。也許比諾貝爾獎更好。
