深入霍金的“星際穿越”：飛往阿爾法星的浪漫旅行，但要歷盡艱險

從宇宙意義來説，人類居住在一顆漂泊在深海的沙礫上。即使最近的兩顆星球之間，都相隔着無垠的太空。因此，人類要從一顆星球到另一顆星球之上，要穿越星際，必須歷經千辛萬苦。
當我們仰望星空，希冀着我們有朝一日能踏上那顆星，很多人都覺得這不可能。畢竟，離我們最近的已知星系也在4光年之外。

讓我們來想一下：光要花上8分鐘20秒從太陽表面到達地球大氣層。因此，當你仰望太陽，你臉上的熱度其實已經在太空中穿梭了9000萬英里，然後再到達你的皮膚。

但是光要從太陽到達半人馬阿爾法星（太陽系之外離我們最近的星系），則要花上4年半，才能完成這26000億英里的旅行。現在我們對宇宙的距離有了點大概的認知，如果我們向半人馬阿爾法星發送一艘火箭，我們要花上整整8萬年才能完成此任務。因此，宇宙茫茫，星際穿越並不是一件容易事兒。挑戰繁多，問題複雜，需要整個地球的無盡努力。但是科學家們卻説，它是可能的。

因此當上週二，也就是俄羅斯宇航員加加林宇宙航行的55週年紀念日，“Breakthrough Starshot（突破攝星）”計劃宣佈時，整個世界突然意識到：我們這顆星球上還有這樣一羣工程師、科學家、未來學家以及企業家，他們看到了一個美好的未來-----人類可以進入到幽深神祕的宇宙，讓不可能的目的地半人馬座阿爾法星，變成可能。更激動人心的是，英國理論物理學家霍金主導此計劃，俄羅斯億萬富翁Yuri Milner向該計劃投資1億美元。加入此項目的大佬們還有Facebook CEO Mark Zuckerberg和NASA艾姆斯研究中心前任主席Pete Worden。

這並不是人類第一次考慮星際穿越旅行。在過去的年月中，星際穿越一直是科幻小説家最喜歡的情節，但第一次讓它變成現實則是1970年代英國星際協會的“代達羅斯計劃”，一個巨大無比的無人星際穿越飛行器，像美國帝國大廈一樣大。“代達羅斯”是由燃油推進，在穿行時加快速度，在到達目的地是放慢速度。在探索太空時，“代達羅斯”發出了一個信號：要麼玩兒大點，要麼就別玩了。

在此計劃中，這個宇宙飛行器其實可以由核爆炸鏈驅動，這種驅動方式在冷戰中稱為核脈衝推進。這一步，預知了後來的世界一定會出現驚人的科技和巨大的進步，讓核爆炸鏈的宇宙飛行器得以建造。

而最近，一直國際科學家和工程師團隊撿起了“代達羅斯”丟失的那部分，建立了“伊卡洛斯星際穿越計劃”（伊卡洛斯是希臘神話中代達羅斯的兒子）。“伊卡洛斯” 現在有幾個項目，目標只有一個：讓人類進入太空，尋找並解決其中的科技和社會經濟障礙。
人類在深入發展星際穿越科技的成果較少，但是2011年，美國研究機構DARPA（美國國防部高級研究計劃局）和NASA投資50萬美元，來啟動由前NASA宇航員Mae Jemison主導的“100年星際飛船計劃”這種狀態改變了。

在接受Discovery News的採訪時，“伊卡洛斯星際穿越計劃”的共同創始人兼主席Andreas Tziolas説到：“這對我來説實在是太棒了。”

”伊卡洛斯”的目標是建立在星際穿越方面建立最為草根的努力，讓整個世界對星際穿越抱有熱情。

歷史上還有其他的此類例子，其中著名的包括太空競賽。美國和蘇聯基於政治目的，發送飛船到太空，並在1969年實現了人類的首次登月。太空競賽讓兩個帝國走上了”軍事高地”，也給予我們現在看似理所當然的科技。


新型科技通常致力於實現更大的目標，但是如果對它們加以應用，往往會帶來意想不到的效果，有時會改變世界。從發展清潔能源，到尋找方法減緩氣候變化的影響，都是這樣的例子。

通常研究一種新型科技是為了解決某個問題，而Tziolas能夠識別Starshot項目會遇到的嚴峻挑戰。

Starshot的主要理念是開發激光推動的小型飛行器，讓其速度達到光速的20%。而它的終極目標是在一代人的時間內到達半人馬座阿爾法星。這種飛行器需要比人類現在開發的飛行器速度高出1000倍。NASA的New Horizons飛行器在2015年飛過了冥王星，以每天74萬英里的速度穿越了外太陽系。Voyager 1（旅行者1號）飛行器更快，每天大約100萬英里。但是這兩種飛行器速度驚人，但是如果它們的目標是半人馬座阿爾法星，它們也要花上數萬年才能到達目的地。有趣的是，Voyager 1已經能夠離開太陽風層的磁泡，是最近唯一的一個進入星際海岸的飛行器。但是考慮到Voyager 1在1977年發射後過了近40年之後才到達星際穿越空間，我們需要讓它變得快一點，再快一點。

Starshot團隊意識到此問題，並最努力建造一個小型飛行器艦隊，每個飛行器重量不到1克。當然，將所有這些設備組合起來，然後將它們送入到碩大的太空中，聽起來像個蠢人的任務，但是這一整個研究超過了大部分其他的星際穿越概念。將有一羣小型機器人，裝配着相機、傳感器和導航設備，所有這些都附着在一個小而輕的飛行器之上，飛行器由強大的激光發射，目的地不是別處，就是半人馬座阿爾法星。
但是，正如Tziolas指出的，雖然激光技術正在飛速發展，我們還是很難想象這些飛行器將用什麼材料建造。即使激光航行反映的是激光能源技術，但是還面臨着巨大的加熱難題。坦白來講，飛行器熱量不能有效釋放，那麼100千兆瓦的驅動激光將會將飛行器化為灰燼。Tziolas説：“沒有冷卻器，你必須將熱量輸送到太空，唯一的解決方法是使用微波，這就需要增加表面面積，這樣一來就會增加重量。”


這會是新型科技帶來的挑戰嗎？超輕量化、高温的高輻射材料也許會被開發出來，在太空和工業領域大顯身手。但是誰知道何時會呢。

假如這些飛行器可以被髮行，並送往太陽系之外太空，它們的耐受性需要極高。但是20年對於太空行業來説是一個漫長的時間，雖然星際穿越媒介對於太陽系標準來説較為空泛，但是如果這些飛行器在其20年的發展生涯之中有一個小小的進展，那麼它將會對整個星際穿越發展產生重要影響。讓我們不要忘了這些飛行器能夠以20%光速的速度穿行宇宙，這也就是説每小時會行走1.3億英里。雖然它們非常渺小，它們也需要保護嗎？可能需要，但是這又會增加它們的重量，最終會降低速度。
根據最近的計劃，團隊將會增加飛行器的數量來彌補飛行可能出現的失敗。雖然許多飛行器也許會在飛行途中失敗，但總有幾個也許會成功到達目的地。

下面的問題便是與地球的交流問題了。如果我們已經將飛行器發射到了阿爾法星上，那麼我們看不到圖片怎麼辦呢？這些飛行器需要信號傳送器將數據發回地球，但是這些傳送器需要有多強大，才能完成任務呢？

“伊卡洛斯”的副主管Robert Freeland説到：“依我之見，最大的問題便是交流問題。去年，‘伊卡洛斯’團隊花了數月來設計交流系統。誠然，‘伊卡洛斯’的數據率比此項目的數量級要高，因為‘伊卡洛斯’的速度要在進入半人馬座阿爾法星系統時放慢，為長期而細緻的觀察提供條件。”

Freeland指出Starshot飛行器只要求飛出半人馬座阿爾法星，而不需要進入軌道。這是保持它們體小量輕的關鍵優勢。在飛行的過程中，他們需要快速觀察，並傳送信息。但是在浩瀚宇宙中的星際穿越可謂大傷元氣，能量的減損也將是一個問題。

他補充道：“如果是這樣，那麼我們需要安裝更大的探針和能量供應器。如果建立一千克的有效負載，那麼問題就變得更加棘手。但是建立一個大出1000倍的有效負載將需要更大的投影機、更大的航行器、更長的續航時間以及更低的最高速度。”
這樣一看，挑戰就加倍了。

那麼導航呢？當然，飛行器也許會帶有小型相機，來當作導航器。但是誰知道它會不會正確帶路，一直將飛行器帶到阿爾法星呢？如果拍攝另一個星球上的照片是此項目的目標，那麼這些探針又怎麼知道何時拍。在何地拍呢？永遠不要忘了，在到達阿爾法星之前，它們要花上4年才能將數據發回地球，我們也要花4年發送任務指令！也許在發射之前，我們會有天文望遠鏡來探索阿爾法星，這些飛行器也會有一些人工智能來幫助它們執行任務。

激光雖強，但是它會不會破壞大氣層環境呢？它會為自然、空中交通和太空交通帶來負面影響嗎？也許我們應該重新思考一下，要不要在地球上使用激光，也許我們需要找到另一個基地來使用激光。那麼要不要考慮一下月球呢？

雖然前途漫漫，但是至少這是一個開始。這是第一次，全世界人對星際穿越興趣盎然，此項目收到的投資額甚是巨大。不管怎麼説，這都會為星際穿越帶來巨大的飛躍。但是星際穿越科學需要這些投資來測試這些理論，並來解決這些問題。

Tziolas説：“我們已經在某些地方開始了。我們激發了人們對於星際穿越的興趣，這就是我們一直在努力的東西之一。‘伊卡洛斯星際穿越計劃’就是要讓星際穿越成為一個進入尋常百姓家的理念。”
“伊卡洛斯”、”100年太空船計劃“和現在的“突破攝星計劃”帶來了一些挑戰，也提出了一些解決方法，讓我們在探索可以改變我們生活的新型科技上一遍探索一邊前進。美國對於商用太空船的興趣已經讓普通人都對此有所有了解，國際太空站的貨物運輸和衞星發射也讓人們對於太空行業有了更深的理解，我們已經看到了探索太空上的巨大進步。這些將會吸引更多的商業投資，也將會激發更多孩子的興趣，讓他們在將來參與到太空探索上來。


但是人類要實現星際穿越，還有另外的原因。霍金曾公開表示：人類必須探索太空，以防地球有朝一日不適合人類居住。他在Starshot的新聞發佈會中説到：“地球是一個美好的地方，但是它並不會永遠存在。遲早有一天，我們需要尋找其他的星球居住，而’突破攝星‘將是我們邁出的第一步。”
雖然終將離我們遠去的地球是探索太空的動力，但是我想説的是，作為人類，我們有太多理由探索我們生活的這個世界。進入太空，探索新世界將會為人類帶來福祉。這樣一個漫長的旅行將會幫助我們理解宇宙中我們所處的位置。

Via:Medium


資料來源：雷鋒網
作者/編輯：熊蒙