給外星人拍照的「黑科技」 1億美元只夠前期啟動

核心提示：科學家普遍認為，此項目技術難點仍主要集中在基礎性的前沿科技問題。在一封公開的郵件中，「突破射星」項目領頭人向全世界科學家求助，希望有人與他們共同完成20個最關鍵的挑戰。

國際先驅導報4月22日報道 "我的中國朋友們，你們好嗎？好久不見了！"4月12日國際航天日，英國著名理論物理學家斯蒂芬.霍金開啟了個人賬號，並發出了首條微博。5小時後，其關注人數已超百萬，刷新了新浪微博的最快紀錄。中國社交媒體上又多了一位"超級網紅"。

網友還在感嘆"從未和科學巨人如此近距離互動"時，很快，霍金髮布的第二條微博就妥妥地拉開了他和大家的距離："我在紐約向中國的各位問好！br />儘管霍金用中英雙語解釋了這一項目，但對於絕大多數轉發點贊的網友而言，多是"不明覺厲"。正如一條獲得六千多個贊的熱門評論："顯然我看不懂他在說什麼 但是感覺很厲害！"

給外星人拍照的"黑科技"

什麼是"突破射星"？用一句話概括就是：建造一種用激光推進的微型星際飛行器，以五分之一的光速飛行，最快用20年抵達最近的恆星半人馬座（Centaurus）阿爾法星。

微型星際飛行器、五分之一光速、最近的恆星，這些難道不都是本應出現在科幻作品中的嗎？

加拿大科幻小說家彼得.沃茨入圍雨果獎的科幻小說《Blindsight》（《盲視》）中描繪了這樣一幕，在2082年，地球周圍的太空中突然出現六萬多個外星探測器Fireflies（螢火蟲），它們給地球全方位拍照後便自動焚毀。這被人類視為外星人進攻地球的前兆。

而今這一幕被搬到了可以預見的未來中，只不過發射探測器的是人類，而前往遙遠星系拍照的目的也並非為挑起戰爭，而是探索離我們最近的另一個太陽。

但顯然，這個聽起來似天方夜譚的項目已經超出了人類現有的技術水平，要實現霍金的暢想，需要哪些黑科技？

"突破射星"項目網站上公布的信息稱：實現這一目標的關鍵是兩大設備：納米探測器（Nanocrafts）和地面激光推進裝置（Light Beamer）。

迄今為止，人類歷史上飛行速度最快的航天器速度也僅每秒鐘飛行20公里。這是"新視野號"飛船在飛越木星加速後的峰值，用這樣的速度飛到冥王星就用了10年時間，如果以同樣速度飛到比鄰星，則至少需要一萬四千年以上，顯然這樣的"龜速"難以接受。

因此霍金希望研製速度為光速五分之一的納米探測器，在二三十年內就可以飛越4光年以上的距離，快速抵達離我們最近的另一個恆星系統，去探索那顆恆星周圍的行星，給它們拍照，在帶去人類信息的同時，也把那裡的信息帶回地球。

納米探測器並非真的只有納米那麼大，而是指是質量非常輕的全自動飛船，包含星芯（StarChip）和太陽帆（Lightsail）兩個主要部分。星芯包括相機、光子推動機（photonthruster）、動力供應系統、導航和通訊設備，還有全套的空間探測器，總重量是幾克乃至幾十克。太陽帆只有幾百層原子的厚度，質量為幾克乃至幾十克。

所謂太陽帆，是靠太陽光的光壓推動帆面，進而提供推力的結構。為了給太陽帆提供動力，科學家需要先在地球上建造大規模的激光推進裝置，然後發射一個航天器，將數千個納米探測器帶入太空。它們隨後張開太陽帆，地面上的激光推進裝置聚焦激光束，發射強大能量的激光，把激光打在太陽帆上，提供納米探測器飛行的動力。

去半人馬座阿爾法星找三體人？

"突破射星"計劃令人驚嘆的不只是其所需要的"黑科技"技術，還有它的目的地半人馬座阿爾法星。

獲得雨果科幻獎的著名小說《三體》中，三體人正是來自半人馬星系中最靠近太陽系的比鄰星。

三顆恆星的世界是一個混亂的恐怖世界，也是一個無解的數學問題，它們的運動毫無規律可言，無法精確求解。正是基於此，劉慈欣在《三體》中描繪出了一個恆紀元和亂紀元無規律交替的世界。三體人因為無法破解三顆恆星的運行規律，文明一次次崩盤才妄圖佔領地球，也才有人類和三體人鬥智斗勇三部曲的故事。

霍金和劉慈欣的設想中都選擇半人馬座阿爾法星，主要是因為它是最靠近地球，在物理距離上是最短的，離我們大概有4.24 光年。而且那裡也許還有能產生生命的行星。

如果地球發射的納米探測器的速度能達到光速的1/5，那麼就需要20多年才能到達那裡；到了那裡以後不休息，馬上拍照、傳數據，地球上也要再等4年多才有可能收到信息。即使一切順利，從超微型飛船成功發射，等到它抵達半人馬座阿爾法星傳送信息回來，至少需要25年的時間。

不過，這次旅行精彩的不只是目的，還有"沿途的風景"：在到達半人馬座阿爾法星之前，裝備有先進科學設備的納米探測器艦隊就可以先在太陽系內收集到大量的信息。舉例來說，艦隊可以飛越土衛二南極的熱泉，在異星的海洋中尋找生命的跡象

求助解決關鍵挑戰

"突破射星"的官方網站上給出了需要實現的技術路線（Path to the stars）。通俗地說，也就是解答"前往比鄰星共分幾步？"

該計劃給出了一幅分為8步的路線圖：在高海拔的乾燥地區，建立陸基的、範圍為方圓幾千米的激光推進裝置；提供每次發射需要產生和存儲的能量，大約相當於幾百萬度電；發射航天母艦，搭載幾千個納米探測器，飛到太空軌道上；採用實時的適應光學技術（adaptiveoptics technology），消除大氣層對激光光束的干擾；把激光束聚焦在光帆上，在幾分鐘內，使超微型飛船加速到終極速度；將在旅途中和星際塵埃發生的撞擊考慮在內；用超微型飛船上的激光通訊系統將拍攝到的行星圖像和其他科學數據傳回到地球上；利用發射超微型飛船的激光推進裝置來收集4光年後的數據。

8步走的計劃靠譜嗎？網站說，所有的關鍵要素要麼是已經可以實現的，要麼就是在合理假設下有可能在近期內實現的。

而相比起普通網友的膜拜，來自科學家的態度卻多是懷疑。科學家普遍認為，此項目技術難點仍主要集中在基礎性的前沿科技問題。在一封公開的郵件中，"突破射星"項目領頭人向全世界科學家求助，希望有人與他們共同完成20個最關鍵的挑戰。

首先需解決星際航行中的先進空間推進，包括定向能和太陽帆推進。至少在目前，還沒有能力製造出飛行速度達五分之一光速的飛行器。激光推進需要在地面建設強大激光源，不斷地跟蹤、照射飛行器，但激光源從遙遠距離怎樣才能一直瞄準渺小的納米探測器？同時，由於光的能量與距離平方成反比，隨著飛行器離地球越來越遠，激光所能提供的動能也會迅速衰減。

其次，如何製造出真正的納米探測器，這涉及採用納米材料、結構和製造。如能為探測器提供持續動力的太陽帆，目前這項技術的技術成熟度僅為5。由於陽光的能量很微小，星際旅行所需的太陽帆面積非常龐大。這樣的帆要如何摺疊，又如何在太空展開，進而怎樣控制張開的角度和方向，都是尚未解決的技術問題。

而且即便探測器真的飛到了比鄰星，傳回大量信息也是個巨大的困難。現有航天器上都依靠外形像鍋一樣的天線，向地球方向發射無線電波，然後被地球上的大天線接收，但這種方法顯然不能用於探索太陽系之外的星系。需要一種全新的通信體制，既能十分輕便，又能避免能量快速衰減，而無法傳遞到地球。

1億美元只夠前期啟動

"這個項目耗資巨大，雄心勃勃地希望探索人類創新和工程學的極限。能參與這樣的項目，非常令人興奮。"在微博中，霍金也談及"突破射星"計劃的難度。不過身為全球知名的理論物理學家，霍金本人並不會直接參与項目中的具體研究。他在該項目中主要是作為有公眾影響力的科學家，發揮"明星代言人"的作用。"臉書"創始人馬克.扎克伯格也參與了該計劃的監督委員會。

該計劃背後的科學家團隊陣容同樣強大，美國宇航局（NASA）艾姆斯研究中心前主任皮特.沃登牽頭，哈佛大學天文學家阿維.勒布是顧問團主席，曾經獲得諾貝爾的英國皇家天文學家馬丁.里斯也是顧問團成員，此外還有加州大學伯克利分校的眾多教授參與。

"突破射星"計劃的真正"金主"，主要出資方則是俄羅斯互聯網投資人、擁有粒子天體物理博士學位的尤里.米爾納。先期他將投入1億美元（1美元約合6.47元人民幣）。不過這筆巨款也只夠項目的前期啟動。"突破射星"計劃整體可能耗資50億至100億美元，這堪稱"史上最大筆科學實驗資金"，為此項目也在全球尋求更多的官方和民間投資者。或許這也是霍金選擇這個時機來中國開微博當"網紅"的一大要因。

但在霍金看來，舉全人類的智慧和財力，最終要努力解答的卻仍是那個哲學層面的終極探索。"是什麼令人類變得獨特？"在紐約的發布會上，他這樣自問自答："是不斷對極限的突破。"

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