星際旅行幾乎是每個(gè)孩子的幻想，也是科幻的一大主題，大膽地去探索一個(gè)從沒有人去過的星球似乎非常地奇幻。而在現(xiàn)實(shí)中，隨著火箭和太空探測(cè)器的發(fā)展，我們也會(huì)去思考一個(gè)問題_星際殖民可以實(shí)現(xiàn)嗎？或者說，在這個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想之前，我們是否可以向遙遠(yuǎn)的行星發(fā)射探測(cè)器，看看那里有什么。
圖片來源_行星宜居性實(shí)驗(yàn)室，波多黎各大學(xué)阿雷西博分校
實(shí)際上，星際旅行在技術(shù)上是可行的，因?yàn)闆]有哪個(gè)物理定律可以禁止她。但這并不說明她不難，也不說明她在這個(gè)世紀(jì)就可以實(shí)現(xiàn)。星際旅行是非常麻煩的。
飛出太陽(yáng)系的遠(yuǎn)航
某種程度上來說，人類現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到星際探索的階段了。目前已經(jīng)有幾個(gè)探測(cè)器正在遠(yuǎn)離太陽(yáng)系，并且永遠(yuǎn)不會(huì)回來了。NASA的先鋒計(jì)劃，旅行者計(jì)劃，和新視野計(jì)劃（又稱新地平線）的探測(cè)器已經(jīng)開始了她們漫長(zhǎng)的旅程。旅行者探測(cè)器現(xiàn)在已經(jīng)處在太陽(yáng)系邊界之外，此邊界是由太陽(yáng)風(fēng)粒子所及的范圍定義的，在此邊界之外，太陽(yáng)風(fēng)粒子與來自銀河系的其他粒子相比數(shù)量較少。
旅行者1號(hào)和2號(hào)探測(cè)器已經(jīng)處在太陽(yáng)系之外（圖中央偏右），橢圓所示為太陽(yáng)風(fēng)層，被定義為太陽(yáng)系的邊界。圖源_NASA
現(xiàn)在我們有了星際探索的探測(cè)器，她們的速度大概為每小時(shí)數(shù)萬英里，聽上去很快。但她們并沒有朝著某個(gè)特定的恒星前進(jìn)，因?yàn)橹暗娜蝿?wù)設(shè)定只是探索太陽(yáng)系內(nèi)的行星。如果某個(gè)探測(cè)器能夠到達(dá)離我們最近的恒星比鄰星（距我們約4光年），那也是8萬年以后的事了。
NASA應(yīng)該不會(huì)支持這個(gè)項(xiàng)目8萬年，而且，當(dāng)這些飛行器走過一半路程的時(shí)候，她們的核能電池就會(huì)沒電，她們就會(huì)變成一塊在空間中穿梭的廢鐵。這雖然不是無意義地向星際空間中扔垃圾，但可能也不是你想象中的星際航行。
新視野號(hào)軌跡
高速飛行器
為了使星際航行更合理，探測(cè)器必須飛得更快，至少是光速的十分之一左右。在這樣的速度下，她能夠在幾十年里到達(dá)比鄰星，然后在幾年后發(fā)回圖像，發(fā)射探測(cè)器的科學(xué)家也許還有可能在有生之年看到這些圖像。
但達(dá)到這個(gè)速度需要相當(dāng)大的能量。一種方法是在飛行器上裝載很多燃料，但過多的燃料也增加了質(zhì)量，使她更難被加速。有些核動(dòng)力飛行器的設(shè)計(jì)，嘗試的就是這種方法，但這就好像把成千上萬的原子彈塞到一個(gè)火箭里一樣不靠譜。也許更有希望的一種想法是，攜帶一定量的能源，然后在旅程中通過其他方法把能源轉(zhuǎn)移給飛行器。比如使用激光，激光輻射可以用來在遠(yuǎn)距離上傳輸能量，飛行器如果能接收到這些能量，就能夠繼續(xù)前行。
突破攝星計(jì)劃想象圖，以激光照射光帆驅(qū)動(dòng)飛行器。圖源: scitech europa
這就是突破攝星計(jì)劃的主要構(gòu)想，這個(gè)計(jì)劃的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在幾十年內(nèi)抵達(dá)最近的恒星的飛行器。計(jì)劃的大致內(nèi)容是，建造一個(gè)100千兆瓦功率的巨大激光器，把激光射向地球軌道上的飛行器。這個(gè)飛行器需要配備一個(gè)巨大的高反射率太陽(yáng)帆，當(dāng)激光照射到太陽(yáng)帆上并被反彈的時(shí)候，光子的動(dòng)量反向，由于動(dòng)量守恒，飛行器就獲得了向前的動(dòng)量。如果我們持續(xù)用這個(gè)激光照射飛行器10分鐘，并且希望她達(dá)到10分之一光速，那么這個(gè)飛行器的重量只能在一克左右。你沒有看錯(cuò)，這基本只是一個(gè)回形針的重量。
物理學(xué)家史蒂芬·霍金與投資人尤里·米爾納共同宣布了突破攝星計(jì)劃正式啟動(dòng)
螞蟻的太空船
100千兆瓦的激光器本身就比現(xiàn)存功率最大的激光器還高出好幾個(gè)量級(jí)，為了讓你感受一下這個(gè)量級(jí)，100千兆瓦基本就是全外國(guó)所有核電站的總?cè)萘俊?/p>
突破攝星計(jì)劃激光陣列想象圖，圖源_sciencemag
至于飛行器，她只能像回形針一樣重，但又必須包括攝像機(jī)，電腦，電源，電路系統(tǒng)，外殼，一個(gè)能夠與地球交流的天線，以及太陽(yáng)帆。
太陽(yáng)帆必須接近100_的反射率，因?yàn)榧す馄鞯墓β蔬^于巨大，即使她只吸收激光的一小部分能量，她的溫度也會(huì)急劇升高，直接融化掉，對(duì)飛行器來說極為不利。
一旦加速到光速的十分之一，真正的旅程就開始了。在40年之內(nèi)，這個(gè)飛行器都必須要經(jīng)受住來自星際空間的考驗(yàn)，她會(huì)被很多高速塵埃顆粒撞擊。如果塵埃顆粒很小，在高速下她們就會(huì)造成極大的傷害。還有來自太陽(yáng)或遙遠(yuǎn)超新星的宇宙射線（高能粒子），她們?cè)谡麄€(gè)旅程中不斷轟擊飛行器，可能會(huì)損毀她精細(xì)的電路系統(tǒng)。
突破攝星計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？理論上來說可以。就像前面說的那樣，沒有一條物理定律能夠推翻這個(gè)計(jì)劃的任何一部分，但這并不意味著她不難，在我們現(xiàn)有的技術(shù)水平下，或者未來有可能達(dá)到的水平下，甚至可能無法實(shí)現(xiàn)。人類真的能夠制造如此小如此輕便的飛行器嗎？能夠制造如此大功率的激光器嗎？飛行器能夠勝任深空中的諸多挑戰(zhàn)嗎？這些問題的答案并非簡(jiǎn)單的“能”與“不能”，真正的問題是，人類是否真的愿意花費(fèi)重金去探尋她們的可能性。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學(xué)名詞
translate: xeno
author: Paul Sutter - Astrophysicist
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