英國(guó)著名物理學(xué)家史蒂芬.霍金在中國(guó)擁有數(shù)量龐大的擁躉。4月12日，霍金老爺子官方認(rèn)證微博剛開(kāi)通，中國(guó)網(wǎng)友就瘋了，粉絲迅速達(dá)到200萬(wàn)以上。試問(wèn)誰(shuí)有這樣的氣場(chǎng)？不僅如此，霍金老爺子還借助微博做了一個(gè)大大的推廣。
4月13日，霍金在第二條微博上就帶來(lái)一個(gè)讓人興奮的消息——啟動(dòng)“突破攝星”(Breakthrough Starshot)計(jì)劃，將發(fā)送微型飛行探測(cè)器至4光年外半人的馬座阿爾法星。計(jì)劃發(fā)起人之一的俄裔億萬(wàn)富翁尤里.米爾納為項(xiàng)目投資1億美元。
這是怎樣一個(gè)計(jì)劃？又將會(huì)如何實(shí)現(xiàn)呢？
速度是目前最快飛船的1000倍
“突破攝星”計(jì)劃是這樣的：在一代人的時(shí)間內(nèi)，“突破攝星”旨在研發(fā)出一臺(tái)“納米飛行器”：—臺(tái)質(zhì)量為克級(jí)的自動(dòng)化太空探測(cè)器，并且通過(guò)激光光束把它推動(dòng)到五分之一的光速，即每小時(shí)1億英里的速度，這是目前最快飛船的1000倍。如果成功的話，這個(gè)飛掠任務(wù)將會(huì)在發(fā)射后20年左右到達(dá)距地球4.37光年的半人馬座阿爾法星附近宜居帶，用其攜帶的攝像頭、通訊設(shè)備和處理器等捕捉行星和其他科學(xué)數(shù)據(jù)的影像，并用4年的時(shí)間傳回地球。
為何要去半人馬座阿爾法星？因?yàn)榘肴笋R座阿爾法星除了是離地球最近的星座，天文學(xué)家相信，一顆類似地球的行星可能存在于半人馬座阿爾法星的宜居帶，這是最接近地球的星系。也就是說(shuō)，可以到那里去考察一下有沒(méi)有外星人或者適宜人類居住的環(huán)境。
如果使用傳統(tǒng)太空飛船技術(shù)，抵達(dá)半人馬座需要3萬(wàn)年。那個(gè)時(shí)候人類還在不在地球上存在還兩說(shuō)？因此，以前無(wú)數(shù)的太空探索迷們看到這個(gè)事實(shí)時(shí)心里拔涼拔涼的?，F(xiàn)在有了“突破攝星”的這個(gè)計(jì)劃，時(shí)間一下子縮短了這么多，是不是很令人振奮？
這個(gè)計(jì)劃在科學(xué)上完全不靠譜？
在看到霍金他們的這個(gè)計(jì)劃以后，一部分人說(shuō)這次霍金又在說(shuō)瘋話了。其實(shí)，霍金說(shuō)的并不是瘋話。至少?gòu)睦碚撋隙?，這個(gè)計(jì)劃是具有可行性的。
首先“納米飛行器”離我們?cè)絹?lái)越近了。這些年來(lái)納米科技進(jìn)展迅速，納米級(jí)的機(jī)器器件及其能源供應(yīng)方式都已經(jīng)成為國(guó)際上的熱門研究領(lǐng)域，并取得了一些實(shí)質(zhì)性的突破，不久以后納米級(jí)的機(jī)器將會(huì)出現(xiàn)在我們面前，這自然也包括“納米飛行器”了。
另外，霍金的這個(gè)構(gòu)想的確是也站在現(xiàn)有物理學(xué)發(fā)展及人類宇宙探索的進(jìn)展上提出的構(gòu)想?？臻g技術(shù)專家、《國(guó)際太空》雜志副主編龐之浩說(shuō)，與霍金提出的以地面激光持續(xù)作用于帆板的航天設(shè)想比較，兩種現(xiàn)有方案有著很大相似之處：一是太陽(yáng)帆飛船，二是光子火箭。只是這兩種方面目前也還無(wú)法實(shí)現(xiàn)星際航行。
太陽(yáng)帆的概念很早就出現(xiàn)，其誕生于20世紀(jì)20年代，由于光是由沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量但有動(dòng)量的光子構(gòu)成的，當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí)，可以像從墻上反彈回來(lái)的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的作用力，這就是太陽(yáng)帆研制的原理。太陽(yáng)帆需要一個(gè)巨大的反射鏡將陽(yáng)光照射到面積足夠大的帆板上，如果太陽(yáng)帆的直徑增至300米，其面積則為70686平方米，由光壓獲得的推力為0.034噸。根據(jù)理論計(jì)算，這一推力可使重約0.5噸的航天器在二百多天內(nèi)飛抵火星。若太陽(yáng)帆的直徑增至2000米，它獲得的1.5噸的推力就能把重約5噸的航天器送到太陽(yáng)系以外。
由于來(lái)自太陽(yáng)的光線提供了無(wú)窮盡的能源，攜有大型太陽(yáng)帆的航天器最終可以以每小時(shí)24萬(wàn)公里的速度前進(jìn)。這個(gè)速度要比當(dāng)今以火箭推進(jìn)的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。太陽(yáng)帆接受光壓的作用，它不僅可在需要時(shí)改變航天器的運(yùn)行軌道，而且能不斷加速飛行。
但是由于技術(shù)方面的限制，太陽(yáng)帆的面積在構(gòu)造的過(guò)程中也無(wú)法做得太大，現(xiàn)在太陽(yáng)帆在實(shí)際應(yīng)用中有很大難度。時(shí)至今日，這一研發(fā)的進(jìn)展速度并不快。近20年來(lái)，美國(guó)、俄羅斯先后做過(guò)幾次太陽(yáng)帆動(dòng)力試驗(yàn)，成敗和失敗的均有，但也僅僅是在近地軌道內(nèi)嘗試過(guò)。目前跑得最遠(yuǎn)的是日本2010年5月21日發(fā)射的“伊卡洛斯”號(hào)太陽(yáng)帆，但是也只是到達(dá)金星附近。因此太陽(yáng)帆還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不到飛抵半人馬座。
但是由于技術(shù)方面的限制，太陽(yáng)帆的面積在構(gòu)造的過(guò)程中也無(wú)法做得太大，現(xiàn)在太陽(yáng)帆在實(shí)際應(yīng)用中有很大難度。時(shí)至今日，這一研發(fā)的進(jìn)展速度并不快。近20年來(lái)，美國(guó)、俄羅斯先后做過(guò)幾次太陽(yáng)帆動(dòng)力試驗(yàn)，成敗和失敗的均有，但也僅僅是在近地軌道內(nèi)嘗試過(guò)。目前跑得最遠(yuǎn)的是日本2010年5月21日發(fā)射的“伊卡洛斯”號(hào)太陽(yáng)帆，但是也只是到達(dá)金星附近。因此太陽(yáng)帆還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不到飛抵半人馬座。
而光子火箭則利用物質(zhì)與反物質(zhì)的湮滅反應(yīng)，自產(chǎn)光子并借由巨大凹面反射鏡，向后方噴射光子流。但依據(jù)這種設(shè)想開(kāi)展的研究，數(shù)十年來(lái)沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展。由于面臨著非常大的技術(shù)問(wèn)題，因此在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)光子火箭還難以實(shí)現(xiàn)。
在龐之浩看來(lái)，霍金提出的航天器算不上實(shí)際上還算不上飛船，只是一個(gè)幾厘米見(jiàn)方的飛行物，這就會(huì)導(dǎo)致其利用太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)變得不太現(xiàn)實(shí)。因?yàn)閱蝹€(gè)光子所產(chǎn)生的推力極其微小，比如在地球到太陽(yáng)的距離上，光在一平方米帆面上產(chǎn)生的推力還不到一只螞蟻的重量。
為了解決太陽(yáng)光作為能源驅(qū)動(dòng)無(wú)法滿足要求的問(wèn)題，“突破攝星”計(jì)劃提出了激光推進(jìn)的構(gòu)想。但是由于設(shè)想的激光推進(jìn)技術(shù)在工程方面也很復(fù)雜，這導(dǎo)致其在實(shí)際工程中很難變成現(xiàn)實(shí)。
面臨的四大挑戰(zhàn)
霍金在發(fā)布會(huì)上展示視頻截圖。這臺(tái)納米飛行器可以依靠反射光推進(jìn)，加速到五分之一的光速，這一速度遠(yuǎn)高于當(dāng)前的太空飛船。
龐之浩認(rèn)為，在現(xiàn)有太陽(yáng)帆技術(shù)的進(jìn)展過(guò)程中，提出激光“飛船”的設(shè)想并不是很難，也許在2050年左右人類會(huì)研制出一個(gè)這種微型飛行器的雛形，但是要跑到半人馬座還是不太現(xiàn)實(shí)。這里面主要有下面四大挑戰(zhàn)：
第一大挑戰(zhàn)：能源供應(yīng)技術(shù)挑戰(zhàn)
據(jù)了解，“突破攝星”計(jì)劃將通過(guò)衛(wèi)星向太空釋放數(shù)千個(gè)重量在1克以下的微型航天器。其設(shè)計(jì)如同一只背后有帆的蝴蝶，采用納米技術(shù)，通過(guò)激光光束供能。但是這也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。4.37光年遠(yuǎn)的距離，而光能在傳輸?shù)倪^(guò)程中能量會(huì)衰減。因此如何保證充足的能量供應(yīng)是個(gè)挑戰(zhàn)。
目前，人類已經(jīng)制造出可以在地球軌道上運(yùn)行的小芯片衛(wèi)星，但是能量供應(yīng)一般就幾天、幾個(gè)月，上1年的就很少。
能量供應(yīng)問(wèn)題是星際航行必須要突破的障礙。由美國(guó)宇航局研制的一艘無(wú)人外太陽(yáng)系空間探測(cè)器旅行者1號(hào)于1977年9月5日發(fā)射，截止到2014年10月仍然正常運(yùn)作。經(jīng)過(guò)將近40年的飛行，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入太陽(yáng)系最外層邊界。旅行者1號(hào)上攜帶著兩枚核電池，這是這些年來(lái)它太空飛行通信的能量保證，但是預(yù)計(jì)只能能夠保證它繼續(xù)飛行至2025年。一旦電池耗盡，它也就不能正常工作和旅行了。而“突破攝星”計(jì)劃中的激光“飛船”旅行的距離要比旅行者1號(hào)遠(yuǎn)得多，能量供應(yīng)的挑戰(zhàn)更大，其激光供能的方式也要比核能更為復(fù)雜。
第二大挑戰(zhàn)：通信問(wèn)題如何解決？
進(jìn)行深空探索，通信問(wèn)題一直是一個(gè)令人十分頭痛的問(wèn)題。對(duì)于前往半人馬座的航天器來(lái)說(shuō)，還要解決地面能否收到探測(cè)數(shù)據(jù)，可否在如此遙遠(yuǎn)的距離上實(shí)現(xiàn)測(cè)控通信。龐之浩說(shuō)，美國(guó)旅行者1號(hào)才走到太陽(yáng)系的邊緣，與地球的通信就有17個(gè)小時(shí)的延遲。如果使用現(xiàn)有的電磁波的通信手段，到人頭馬阿爾法星的時(shí)間延長(zhǎng)將會(huì)更為嚴(yán)重，而這將會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)控通信，也影響探索工程的推進(jìn)。
不過(guò)龐之浩也表示，通信問(wèn)題到也不是沒(méi)有解決的辦法。目前科學(xué)家們已經(jīng)在進(jìn)行激光通信實(shí)驗(yàn)，激光通信比電磁波要快6倍。2014年6月6日，美國(guó)航天局宣布，該機(jī)構(gòu)利用激光束把一段高清視頻從國(guó)際空間站傳送回地面，成功完成一種可能根本性改變未來(lái)太空通信的技術(shù)演示。未來(lái)該技術(shù)成熟以后應(yīng)用到太空探索領(lǐng)域，將會(huì)為遠(yuǎn)距離星際探索提供極大的通信方便。另外一種策略就是建設(shè)中繼站，未來(lái)在太空中通過(guò)中繼站傳輸?shù)姆绞綖樾请H探索提供保證。但不管怎樣，這些星際通信方式并不是短時(shí)間內(nèi)就能夠予以突破的。
第三大挑戰(zhàn)：如何準(zhǔn)確奔赴目的地？
第三大挑戰(zhàn)：如何準(zhǔn)確奔赴目的地？
采用光能驅(qū)動(dòng)的“納米飛行器”，其在奔赴半人馬座阿爾法星的旅途中國(guó)會(huì)受到萬(wàn)有引力、星際塵埃碰撞等多種太空中其他因素的干擾，這將讓探測(cè)器奔赴目的地的行走路線出現(xiàn)很大的偏差，而在浩瀚的宇宙這種大尺度的背景下，往往出現(xiàn)很小的偏差就會(huì)離目的地相去甚遠(yuǎn)。該如何糾正這種偏差呢？
第四大挑戰(zhàn)：國(guó)家力量的支持
霍金的這個(gè)項(xiàng)目的另外一個(gè)挑戰(zhàn)是目前世界上主要航空航天及太空探索實(shí)力國(guó)家對(duì)太陽(yáng)系外探索的積極性。龐之浩表示，包括美國(guó)在內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)前人類科技水平等多方面因素的限制，目前各大空間探索強(qiáng)國(guó)現(xiàn)在及在將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，太空探索的重心依舊是太陽(yáng)系以內(nèi)的行星以及其它相關(guān)天體。如果耗資巨大，關(guān)鍵技術(shù)又還沒(méi)有突破，很難有國(guó)家愿意以國(guó)家行為進(jìn)行超高風(fēng)險(xiǎn)的太陽(yáng)系外空間旅行探索。
不過(guò)《紐約時(shí)報(bào)》日前撰文稱，該項(xiàng)目將由美國(guó)宇航局(NASA)艾姆斯研究中心前主任皮特？沃登牽頭，世界一流科學(xué)家和工程師組成的委員會(huì)提供建議，其開(kāi)發(fā)可能需要數(shù)年時(shí)間。盡管米爾納先期投入1億美元，但整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)可能耗資50至100億美元，目前霍金他們希望能吸引到其他國(guó)際投資者。但是有多少大富豪會(huì)參與這個(gè)燒錢的事業(yè)呢？這在未來(lái)充滿了相當(dāng)大的不確定性。
也正是面臨著這些重重挑戰(zhàn)，目前科學(xué)界并不認(rèn)為這個(gè)雄心勃勃的太空探索計(jì)劃能夠很快得以推行。
盡管霍金等人的一些構(gòu)想很好，但是目前還是具有科幻的色彩。因此，急于隨著霍金的進(jìn)行星際探索的霍金迷們可能要失望了。
當(dāng)然在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，龐之浩認(rèn)為這種激光推進(jìn)方式可能會(huì)有希望，但前提是必須取得重大技術(shù)突破，現(xiàn)在還無(wú)法預(yù)測(cè)。不過(guò)他認(rèn)為，霍金的激光“飛船”倒是可以作為科幻的題材進(jìn)行探索性研究。
也許將來(lái)有一天，這種技術(shù)真的成為現(xiàn)實(shí)了呢？其實(shí)，實(shí)現(xiàn)銀河系及銀河系外的星際旅行，人類已經(jīng)充分展開(kāi)了想象的翅膀。比如，劉慈欣的科幻小說(shuō)《三體》中的曲率驅(qū)動(dòng)，美國(guó)科幻系列劇《星際迷航》中超光速飛船的推進(jìn)裝置 “曲速引擎”，都是很好的方式，只是這些方式與霍金的激光“飛船”而言要更為科幻一些。盡管如此，這些年已經(jīng)有不少科學(xué)家對(duì)這些想象展開(kāi)研究。
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員王思潮認(rèn)為，霍金提出的這個(gè)方案大膽冒險(xiǎn)，從理論上講思想很先進(jìn)，對(duì)科學(xué)界具有很大的啟發(fā)意義，就像人類第一個(gè)想到利用火箭飛天、被稱為“世界航天第一人”，的明朝探險(xiǎn)狂人萬(wàn)戶對(duì)今天航天的啟發(fā)一樣，但是激光“飛船”現(xiàn)在很超前，實(shí)施難度相當(dāng)大，可以先在技術(shù)上力求實(shí)現(xiàn)，而不必現(xiàn)在就追求它在跨越太陽(yáng)系的星際航行方面的實(shí)用價(jià)值，比如可以先在地球和月球、地球和火星之間進(jìn)行一些相關(guān)的工程實(shí)驗(yàn)，等到成功了再嘗試數(shù)光年以外宇宙空間的探索行動(dòng)，這樣投入也要少得多。
即使將來(lái)計(jì)劃能實(shí)現(xiàn)，也得悠著點(diǎn)兒
由于現(xiàn)在太空科技的發(fā)展在不斷進(jìn)步和突破，也許在不久的將來(lái)，霍金的構(gòu)想就會(huì)夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。但是王思潮認(rèn)為，那時(shí)探測(cè)器飛往人頭馬星座也得悠著點(diǎn)兒。
40多年來(lái)，王思潮也一直在研究UFO及地外文明，他始終堅(jiān)持認(rèn)為，外星人是存在的。他告訴記者，如果地球文明和外星文明相遇，有三種可能性：他們僅僅是考察，不干預(yù)人類的事物；他們考察后，根據(jù)了解的情況，給予人類以針對(duì)性的幫助；他們考察后，根據(jù)了解的情況，襲擊地球。就目前的情況而言，也許外星人早就發(fā)現(xiàn)我們，但是不打算干涉和影響我們的發(fā)展；另外一種可能就是外星人還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)我們。
在這個(gè)的情形下，如果人類探測(cè)人頭馬等銀河系內(nèi)的其他星系或者是河外星系，也許就會(huì)讓外星人發(fā)現(xiàn)我們的存在。如果外星人對(duì)人類友善，那倒還好辦，但是如果外星人對(duì)人類懷有惡意呢？
王思潮認(rèn)為，在銀河系中，太陽(yáng)系46億年的年齡還算比較年輕的，如果外星人確切存在，除了已經(jīng)毀滅的，留存的有些文明程度肯定會(huì)比人類高很多。因此如果地球遭受外星文明襲擊，人類將明顯處于劣勢(shì)，所以太陽(yáng)系外的宇航探索還是需要慎重前行。
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