如何更快進行星際穿越？人類那些最具野心的外星人搜索活動

這隻「太空球」看起來就像在宇宙中穿行的迪斯科舞廳閃光球一樣，探測器則被藏在其內部。

當激光束擊中它那薄薄的、鏡子一般的外殼時，光束就會反彈回來，同時推動探測器前進。以激光為動力、推動所謂的「納米飛行器」在宇宙中穿行。

研究人員發現，迪斯科舞廳的閃光燈球也許將成為星際旅行的關鍵所在。目前該領域的大多數研究項目，如億萬富翁尤里·米爾納(Yuri Milner)與史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)以及馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)共同開創的「突破攝星」項目，都把研究的重點放在了「光帆」上，希望能利用這種技術開展長距離飛行。

但研究人員指出，與光帆相比，球狀結構的效率也許要高得多。按照該計劃，微型探測器的飛行速度將達到光速的五分之一。這樣一來，一枚星際探測器只需20年時間就能飛到距離我們最近的恆星了，並在到達之後給我們傳回各種有意思的照片。要實現這一點，可以用地球上發出的高能激光束推動探測器前進，而如果探測器被做成球形，便能達到最高的效率。「我研究了別人提出的光帆計劃，發現這些方法實行起來都不穩定。」

哈佛大學突破攝星項目的諮詢委員會成員之一紮克利·曼徹斯特(Zachary Manchester)指出，「但我發現，如果把帆做成球形，就會很穩定了，而且外形也十分優雅。」這隻「太空球」看起來就像在宇宙中穿行的迪斯科舞廳閃光球一樣，探測器則被藏在其內部。當激光束擊中它那薄薄的、鏡子一般的外殼時，光束就會反彈回來，同時推動探測器前進。瞄準中心部位的激光束最弱，瞄準外緣部位的則最強。這樣一來，如果探測器稍微偏離了軌道，激光束就會變強，使其穩定下來。

「我們對光帆靠激光推動時的穩定程度進行了分析，」研究人員在論文中寫道，「這些帆是圓錐形的，並且採用了高斯激光束，但研究顯示，它們總的來說都不太穩定。因此，我們提出了一種更穩定的光帆形狀和光束模式。如果採用球形的外殼，我們便不需要進行實時反饋控制了。」該研究團隊還開展了完整的三維光線追蹤模擬，對他們的分析結果進行了驗證。

不過他們也承認，這一方案同樣存在一些問題。「這一方案耗資巨大，而且需要做大量研究，但我認為最終還是有可能實現的。」

進入軌道之後，這些微型飛船就會展開帆板，由地球上發射的激光束推動前進。

「地球是一個絕妙的地方，但它也許無法永世長存。」史蒂芬·霍金指出，「我們遲早要向外太空求援。在這段征程中，突破攝星項目就是令人激動的第一步。」

今年年初，史蒂芬·霍金與俄羅斯億萬富翁尤里·米爾納以及馬克·扎克伯格聯手，共同開展迄今為止最具野心的外星人搜索活動。這項名叫「突破攝星」的項目價值1億美元，主要任務是以激光為動力、推動所謂的「納米飛行器」在宇宙中穿行。它們將用20年時間，飛向距地球4.37光年(約合40萬億公里)之外的半人馬座阿爾法星恆星系，在那裡尋找外星生命。「歷史上頭一次，我們能做的不僅是抬頭凝視夜空中的繁星，還能真正地觸及到它們。」尤里·米爾納說道。每一枚「星際帆船」上都將裝有一台攝像機，以及一台內置GPS導航裝備，用來在深空中尋找可能宜居的星球。「55年前的今天，尤里·加加林(Yuri Gagarin)成為了進入太空的第一人。而今天，我們即將進行下一次重大飛躍。」 「地球是一個絕妙的地方，但它也許無法永世長存。」史蒂芬·霍金指出，「我們遲早要向外太空求援。

在這段征程中，突破攝星項目就是令人激動的第一步。」利用激光束、光帆和迄今為止重量最輕的航天器，只需要再過一代人的時間，我們便能開展一次飛往半人馬座阿爾法星的任務了。」這項價值1億美元的研究項目計劃使用光束推動超輕的納米飛行器、使其以五分之一光速的速度飛行。該項目要想順利開展，還需要對這一概念做出進一步確認。米爾納指出，這些飛行器只需約20年時間便能抵達半人馬座阿爾法星，還披露稱馬克·扎克伯格如今也加入了該項目之中。

這些航天器將拍攝半人馬座阿爾法星恆星系(距地球最近的恆星系)中的行星照片，並收集其它科學數據。據研究人員估計，我們很可能會在半人馬座阿爾法星的三恆星系統的宜居帶中找到類地行星。「我們要為這次新的偉大飛躍盡全部力量，因為我們是人類，飛翔是我們的天性。」該項目將由NASA阿姆斯研究中心(Ames Research Center)的前任主管皮特·沃登(Pete Worden)領導，並由世界頂尖的科學家和工程師組成的委員會建言獻策。「我們從東方號(前蘇聯製造的宇宙飛船)、旅行者號、阿波羅號和其它偉大任務中汲取了很多靈感。」沃登表示，「如今是時候開啟星際旅行的新紀元了，但要想實現它，我們必須腳踏實地才行。」半人馬座阿爾法星恆星系距我們約4.37光年(約合40萬億公里)。就算是現在最快的太空飛船，也需要約3萬年時間才能飛到那裡。

突破攝星項目希望弄清的是，如果把重量僅為數克重的迷你飛船連接在帆板上，然後用激光束來加速，能否把它們的飛行速度提高到上述速度的一千倍。而這也引起了矽谷對空間旅行的重視，並從21世紀之初，便對特定技術領域做了大量投資。 這些納米飛船的重量可以用「克」來衡量，由「星芯」(Starchip)和「光帆」(Lightsail)兩個主要部分組成。「星芯大約只有郵票那麼大，不過要更厚一些。它可以進行大批量生產，造價和iPhone差不多。」米爾納介紹。激光器由多個模塊組成，大小可以進行調整。等組裝完成、技術成熟之後，每次發射的成本就會降低到幾十萬美元。

不過，研究和設計工作預計要持續多年才能完成。這些工作完成之後，最終任務的預算也將與目前最大的科學試驗預算相差無幾。在他們提出的系統設計中，關鍵要素所需的技術要麼已經問世、要麼按照合理預測、即將被研發出來。他們設計的激光推進系統規模已經遠遠超出了目前所有的模擬任務。 該項目的未來還需要世界各國的廣泛合作和大力支持。

圖為從一段視頻中截取的靜態圖片，圖中內容是一組相位陣列激光發射器，可以被用在突破攝星項目中。

同時，飛船發射也需要獲得所有相關政府和國際組織的批准。隨著星際旅行所需的技術日益成熟，還將出現很多可能的情況，例如，據天文學家估計，半人馬座阿爾法星系的宜居帶中很可能存在類地行星；此外，許多地面上或太空中使用的科學設備正處於研發和改進之中，不久便能對附近恆星周圍的行星展開辨析了。 一項與之獨立的「突破倡議」項目(Breakthrough Initiative)將對上述項目中的一部分提供支持。突破攝星將設立研究補助項目，並吸引更多資金，為相關科學與工程研發項目提供支持。 在飛船上安裝太陽帆、利用太陽風提供動力這一理念最早是由已逝的天體物理學家卡爾·薩根(Carl Sagan)於40年前提出的。

他的理論指出，太陽帆可以讓宇宙飛船的飛行速度遠遠超出利用傳統燃料所能達到的速度，從而使行星際、甚至星際旅行變得更加可行。 該技術的最新版本包含四片由邁拉聚脂薄膜(mylar)製成的三角形帆板，組合成一塊矩形。它可以把「立方星」微型衛星(cubesat)送入距地球地面800公里高的軌道。部署完成之後，該太陽帆的總面積將達到32平方米。 美國行星協會組織近日發布了一段視頻，記錄了在帕薩迪納黃道公司(Ecliptic Enterprises Corporation)開展的一次太陽帆部署測試。

今年5月20號，「光帆1號」(LightSail 1)搭載聯合發射聯盟公司的Atlas V型火箭，從佛羅里達州的卡納維拉爾角發射升空。它運載了三顆「立方星」衛星(一種發射成本相對較低的微型航天器)。「光帆1號」的核心部位總重約10千克，高度和寬度分別只有30厘米和10厘米，和一塊麵包的大小差不多。而在它底部的四條邊上，還有一塊「摺疊」起來的、巨大的太陽帆板。該帆板展開後面積約為32平方米，由一種名叫「邁拉」(Mylar)的高反射性材料製成。帆板厚度只有4.5微米，僅為垃圾袋厚度的四分之一。

圖為尤里·米爾納與史蒂芬·霍金和弗里曼·戴森教授一起，展示「星芯」的原型產品，這艘迷你宇宙飛船將使星際旅行變為現實。

在飛船上安裝太陽帆、利用太陽風提供動力這一理念最早是由已逝的天體物理學家卡爾·薩根(Carl Sagan)於40年前提出的。雖然尚未得到證實，但該項目很可能會採用行星協會組織研發的「光帆」技術(如圖所示)。

當帆板展開之後，太陽發出的光子便會擊中帆板，並推動它前進，就像地球上風推動船帆前進一樣。光子產生的推力極為微弱，比把一張紙托在手掌上的力還要弱，但理論指出，這些力會逐漸累積起來，最終使飛船的速度達到很高的水平。 米爾納已經在尋找地外智慧上花了數十年時間，而此次最新項目也是其中的一部分。他身價達29億美元(約合195億人民幣)，此前就和霍金展開過合作。2015年7月，他們共同宣布了一項名叫「突破聆聽」( Breakthrough Listen)的項目，計劃通過該項目來尋找外星生命。

沃登指出，在不遠的將來，突破聆聽項目將能夠觀測到距地球25光年範圍內的所有恆星。「在過去的五年間，我們已經發現了很多位於恆星宜居帶中的行星。」突破倡議官網上這樣寫道。「根據已發現的宜居行星數量可以估算得出，光是銀河系中的宜居行星就還有數十億之多。而在宇宙的可見範圍內，還有數千億個不同的星系。但我們對地外生命仍然一無所知。我們真的是獨一無二的嗎？宇宙中是否還有別的智慧生命呢？」 「這是我們面臨的最重要的問題之一，而只有科學才能給出答案。」

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