有望實現星際旅行的七種方式
激光碟機動光帆
「代達羅斯計劃」
「伊卡洛斯計劃」
反物質火箭
巴薩德衝壓發動機
人類「慢船」
曲速引擎飛船 英國《自然》雜誌日前刊登的一篇論文引起了前所未有的震動。該論文稱，天文學家發現，有類地行星圍繞離太陽系最近的恆星——比鄰星的軌道運行，且根據這顆行星所處的位置推測，該星球表面可能存在液態水，科學家們將地球的這個「堂兄弟」稱作「比鄰星b」。
儘管該恆星系統與我們堪稱宇宙間的近鄰，但它仍然遠在4.2光年(大約40萬億公里)之外，如此遙遠的距離，我們有可能拜訪這個新「現身」的行星嗎?
現有的航天器由化學火箭、低推力離子推進器，以及包括利用行星重力場給太空探測船加速的所謂「引力彈弓效應」在內的引力輔助軌道等共同推動。如果使用傳統航天器，比如現在用於探測太陽系的機器人探測器等，要花數萬年才能到達比鄰星。
如果我們想前往太陽系之外的地方，則需要速度更快的設備，比如像「代達羅斯計劃」(Project Daedalus)中提到的核聚變火箭等。在最近的報道中，美國趣味科學網站為我們列出了未來有可能幫助人類拜訪比鄰星或其他宇宙鄰居的7種方式。
電子束引爆核動力火箭
「代達羅斯計劃」是英國星際學會在1973年至1978年間倡導的研究計劃，該計劃考慮使用無人太空船對另一個恆星系統進行快速探測，其名稱源自希臘神話中修建米諾斯迷宮的工匠代達羅斯。
該計劃希望設計出「代達羅斯」航天器——一種重達54000噸的二級核動力火箭，能將一個400噸的機器人探測器提升到光速的12%。如此一來，探測器能在50年內，也就是在一個人的有生之年，到達距離地球6光年遠的紅矮星巴納德星(Barnard『s Star)。
巴納德星在很多方面與科學家們最新發現的比鄰星類似：它距離地球非常近，正在向太陽系的方向運行，預估公元11800年時，會距地球僅3.85光年，那時它將成為除太陽以外離地球最近的恆星。
「代達羅斯」航天器的火箭將由核聚變提供燃料，使用電子束引爆燃料，例如氦-3，科學家們未來或許可以從月球表面開採氦-3。即便如此，發動機仍然需要消耗數萬噸燃料，才能在大約4年內達到其頂級速度(光速的12%)。然後發動機會關閉，「代達羅斯」航天器將在茫茫太空中航行46年，最後到達目的地。因為沒有留下任何可供減速的燃料，長達50年的漫長旅行之後，航天器將對目的地系統進行70小時的飛掠，然後加速進入星際空間。
英國倫敦大學伯貝克學院行星科學教授兼太空生物學專家伊恩·克羅弗德稱，「代達羅斯」航天器太大了，或許無法從地球表面起飛，因此不得不在軌道上建造，但目前我們還不具備在太空製造航天器的能力。
克羅弗德認為，儘管與「代達羅斯計劃」提出之時相比，科學家們現在對該項目背後的科學原理理解得更為透徹，但他認為，巨額的成本以及巨大的技術挑戰很可能意味著，要想讓類似「代達羅斯」航天器這樣的設備朝恆星進發，至少需要100年。
激光點火核聚變火箭
「代達羅斯」項目已成「昨日黃花」，取而代之的是「伊卡洛斯計劃」(Project Icarus)。該計劃目前正由英國星際協會和伊卡洛斯星際組織攜手進行，參與這一項目的工程師們希望能在2100年之前實現星際飛行。
「伊卡洛斯計劃」的使命是研製出能到達距地球22光年範圍內恆星的航天器，此處的恆星可能擁有宜居的系外行星。這意味著，如果某個行星被證實位於比鄰星周圍，將成為這一項目的目標星球。
克羅弗德表示，「伊卡洛斯計劃」會用新技術、新想法對「代達羅斯計劃」的設計方案進行升級。科學家們提議，讓核聚變火箭使用另一種不同的核燃料，能被激光而非電子束引爆，美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置(NIF)的科學家們在激光點火核聚變領域取得的進步，或許有助於實現這一想法。
再加上電子設備微型化、機器人技術以及納米技術等領域取得的進步，「伊卡洛斯」航天器可能比預計重達400噸的「代達羅斯」小很多，這意味著可以攜帶更少的燃料。
用激光碟機動光帆行進
不過，克羅弗德表示，我們最好還是將實現星際旅行的賭注壓在根本不使用火箭上。科學家們現在正在考慮使用光帆(使用光產生的壓力推動負載)來推動星際太空探測器行進。例如，2010年12月8日，日本依靠太陽輻射加速的星際風箏「伊卡洛斯(IKAROS)」飛船，在長達6個月的金星之旅中成功地使用其20米寬的光帆來推動飛船前進。「伊卡洛斯」是由日本宇宙航空研究開發機構開發的試驗性太空探測器，也是世界第一個成功在星際空間運行的太陽帆，該太陽帆的名字由日本工程師森治取名自希臘神話中的人物伊卡洛斯。
儘管由太陽光碟機動的光帆已成為一種高效探測太陽系的方式，但還不夠快，無法在合理的時間內跨越漫長的星際距離。
克羅弗德說，解決辦法可能是，在旅行開始，使用功能強大的激光推動光帆以極高的速度行進，直到航天器距離激光源太遠而無法從激光束那兒獲得更多推動力。
由於驅動激光器將在地球或軌道上建造，星際光帆航天器將不需要在旅程中攜帶燃料，因此航天器的質量會比較小。
激光碟機動的光帆航天器也是「突破攝星(Breakthrough Starshot)」計劃的基礎，這一計劃由俄羅斯知名技術投資人尤里·米勒和英國著名物理學家斯蒂芬·霍金於今年4月份攜手宣布，旨在於2036年前製造出一款工作模型，整個項目計劃耗資100億美元。
「突破攝星」計劃的目標是開發數千個配備太陽帆的納米太空飛船「恆星晶元(StarChip)」，飛往離我們最近的恆星系，並發回照片。每個「恆星晶元」的重量僅為幾克，依附到一個約4米寬的光帆上。光帆會從一艘位於軌道的「母船」那兒延伸開來，藉助地面激光器發射出來的激光，「恆星晶元」和光帆會被加速到光速的15%到20%，這將使航天器能在20年到39年間抵達距離地球4光年的比鄰星系統。
加州大學聖巴巴拉分校的宇宙學教授菲利普·魯賓對「突破攝星」計劃背後的概念進行了深入研究。他認為，這一計劃面臨的最大挑戰是製造出足夠強大的激光器來驅動光帆航天器。
巴薩德星際衝壓發動機
除使用光帆外，任何飛船都需要攜帶大量燃料，並耗費很多能量來運送這些燃料。光帆雖然解決了這個問題，但卻缺乏靈活性，難以進行隨意的加速減速和軌道調整。而使用星際衝壓發動機的飛船，可以不犧牲靈活性而解決燃料攜帶方面的問題，因為核聚變的燃料氫在星際空間中到處都是，只要在飛行途中把它們搜集起來，送進反應爐中就可以了。
巴薩德星際衝壓發動機這一概念由美國物理學家羅伯特·巴薩德於上世紀60年代提出，兼具核聚變燃料的大推力以及光帆的低燃料需求這兩方面。
巴薩德衝壓發動機自身並不攜帶任何燃料，它會使用位於太空艙前面的一個延伸數千公里的漏斗形電磁場，「舀起」星際空間內極其纖細的氣體和灰塵——所謂的星際介質。這些星際介質中的氫氣會被壓縮並被用作位於太空艙後部的核聚變火箭的燃料，驅動太空艙前進。
從理論上說，只要旅行中的星際空間內存在足夠多的星際氣體，由巴薩德衝壓發動機驅動的航天器就能持續不斷地加速前進，其行進速度可能非常接近光速。由此，這種巴薩德衝壓發動機成為很多科幻小說中的「常用道具」。例如，在美國著名科幻小說作家拉里·尼文的《已知空間》系列小說和包括《環形世界》在內的短篇小說中，都可見這種發動機的「倩影」;另外，波爾·安德森於1970年發表的小說《T-零度》對一個失控後高速飛行的星際衝壓飛船上所發生的事情進行了描寫。
但不足之處在於，太陽系和附近恆星周圍的星際介質非常少，而且科學家們已經估算出，那裡沒有足夠的氫氣來給巴薩德發動機提供燃料。
不過，克羅弗德解釋稱，科學家們已經提出了幾個方案來解決這一問題，其中包括一種所謂的「衝壓增強恆星火箭」，這種火箭使用收集到的物質作為反應物驅動太空艙向前。
反物質火箭和黑洞驅動
除了上面提到的光帆、大型激光器和核聚變火箭，科學家們還提出了其他更新奇的實現星際旅行的方案。例如，由物質和反物質相互湮滅而驅動的火箭，這一方法儘管暴力，但非常有效。
不過，克羅弗德說：「反物質可能是一種非常好的火箭燃料，因為其能量密度極高。然而，反物質在自然界中並不存在，我們必須製造出來。但是製造反物質難度極大、成本極高，一旦製造出來也極其危險。因此，誰知道反物質是否能被用作火箭燃料呢?」
另一個異想天開的想法是「史瓦西球形閃電(Schwarzschild Kugelblitz)」驅動。這一驅動方式主要是在航天器發動機內使用一個微型人造黑洞作為能量來源。配備了所謂的「史瓦西球形閃電」驅動的飛船將捕獲微型黑洞極快且極暴力的衰變釋放的霍金輻射，並將其轉變成可以推動航天器前行的能量。每個人造黑洞僅存活幾年，因此新黑洞要按需製造，科學家們或許可以用伽馬激光器壓縮物質球來製造這種微型黑洞。
2009年的一項研究表明，一個由微型黑洞(質量與一艘現代的超級郵輪相當)提供能量的「史瓦西球形閃電」驅動的恆星飛船，有望在20天內加速到光速的10%。這一黑洞將持續大約3.5年，隨後完全衰變，其一生中將輸出160千兆(quadrillion)的能量。
「慢船」也可用於星際旅行
即使利用超快火箭，以光速的十分之一或更快速度行進，人類也需要幾輩子才能到達最近的恆星。儘管克羅弗德支持人類探索太陽系，但他也表示，星際距離太遙遠，在數百年內，人類或許都無法實現星際旅行。
他說：「我認為，人類能比機器人更高效地探測行星，將人送往太空能擴展我們的經驗範圍並豐富人類的文化，這一切也適用於星際尺度，只是星際之間的距離如此遙遠，而且技術困難太大，因此我們現階段很難實現。」
儘管如此，科學家們也提出了所謂的「慢船」概念，這些想法未來某一天或能將人類送往其他星系。
其一是「睡船」。在這種船上，人類宇航員在漫長的星際旅途中，處於「深度睡眠」或「假死」狀態。這一想法已在多部科幻小說中出現，其中包括1969年上映的《2001：太空漫遊》、1979年上映的《異形》以及2009年上映的《阿凡達》等。
其二是世界船舶，也稱為是下一代船舶或者星際方舟，它將是巨大的能自給自足的太空棲息地，船上載有很多來自地球的人和物種，會在一個相對來說比較舒服愜意的旅程中前往系外行星。這段旅程可能需要數個世紀才能完成，最初的一代或幾代人可能「出師未捷身先死」，只有其後代才能到達目的地。
第三種方案是胚胎飛船，它會將低溫冰凍的人類胚胎而非活人送往遙遠的殖民星球，一旦到達目的地，這些人將「破殼而出」，並且由機器人「保鏢」對其進行教育。
曲速引擎助力超光速飛行
愛因斯坦的時空理論認為，有質量物體的運行速度不可能超過光速。但墨西哥理論物理學家米給爾·阿庫別瑞在1994年提出了通過「曲速驅動(Alcubierre drive)」原理打造的阿庫別瑞引擎，裝有該動力系統的宇宙飛船可利用愛因斯坦方程中特殊的時空「漏洞」形成展延空間，從而避開宇宙中任何物體的運動速度都不可能比光速快的定律。
阿庫別瑞設想的「曲速驅動」方式是在一艘形狀似足球的宇宙飛船外形成一圈巨大的環，該環需要特殊的技術製造，其功能是使飛船外部的時空彎曲，並圍繞著飛船形成一個曲速泡。
去年曾有報道，美國國家航空航天局(NASA)的一名研究人員稱，他們已經成功地在高真空中進行了電磁驅動實驗，實現曲速引擎的使用，這意味著有朝一日能讓人類以超光速的速度遨遊太空。
另一個「超光速」概念是利用跨維度的蟲洞，這一概念從理論上來說也是可行的，但目前還不存在。在2014年上映的電影《星際穿越》中，土星附近神秘地出現了一個蟲洞，這條穿越時空的隧道通向一個遙遠的星系，人類可以穿過這條隧道，找尋一個可以殖民的星球，以延續我們的文明。
儘管如此，克羅弗德強調稱，這一超光速旅行的概念充斥著未知但明顯的悖論，例如違背了因果律等。因果律稱，事件由發生在此前的其他事件所造成，而不是相反。因此，儘管從技術上來說，這一概念可以實現，但結果可能證明，其根本不可行。
雖然以上諸多想法有些已經夭折，有些小荷才露尖尖角，有些令人覺得匪夷所思，完全還在孵化階段，但不管怎樣，人類集多年知識和智力積累的「洪荒之力」，未來終有一天會實現這個偉大的夢想：前往其他星球，找尋地球失散多年的「兄弟」或在此創建新的美麗家園。
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