探索鄰近恆星的新方法，但需要耗時150年，值得嘗試嗎？

你知道物理學家霍金、Facebook創始人扎克伯格和俄羅斯億萬富翁米爾納之間有什麼共同點嗎？那就是他們都希望在半人馬座阿爾法星（離太陽系最近的一個恆星系統，距離我們4.37光年）找到外星生命的蹤跡。

△ 突破攝星計劃。（圖片來源：Breakthrough Initiatives）

2016年4月的時候，霍金就在微博上宣布「突破攝星」計劃，把旅行去半人馬座阿爾法星的時間從3萬年瞬間縮短為20年左右！這就意味著在未來我們或許很快就能看到離我們最近的恆星系統的高清面目。

而在2016年8月，天文學家宣布在半人馬座比鄰星找到了一顆類似地球的行星（稱為比鄰星b）的確鑿證據。作為2016年物理學十大突破，這個發現更加使突破攝星的計劃具有意義。

△ 半人馬座阿爾法星是一個三星系統，包括A、B和比鄰星；右邊是太陽。（圖片來源：UPR Arecibo）

突破攝星的計劃旨在研發出一個「納米飛行器」（包含星晶元和光帆兩個主要部分），通過地球表面的巨大激光陣列，發射高能激光束聚焦在光帆上，驅動納米飛行器飛向目標。計算表明，在空曠的空間中，沒有任何阻力，光子的微小動量已足夠把小探測器加速到五分之一的光速。如果成功的話，飛行器將在20年左右到達半人馬座阿爾法星，並發送回比鄰星b的照片。

雖然這是一個激動人心的計劃，但現實是我們要克服許許多多的技術問題。而其中一個是跟減速有關。當光帆以20%的光速航行到半人馬座阿爾法星的時候，研究人員不知道如何使光帆減速。所以當探測器在地球發射的20年後到達半人馬座阿爾法星，它在幾個小時內就會遇到恆星。在這麼短的時間內，或許它可以傳送回一些關於恆星系統和行星的照片，但遠遠達不到我們想要的。而且，攝像機在如此高速運動下，並不會拍出比較有價值的照片。

因此，如何減速就成為這個計劃急需解決的一個大問題！

現在，來自德國馬普研究所的兩名研究人員提出了一個新的方案。我們可以利用輻射和引力使光帆減速，並且收集更好、更有價值的數據。

在新的方法中需要對原有的設計進行修改，而這並不簡單。首先，光帆的面積必須達到10萬平方米，相當於14個足球場的面積，大小是原有設計的6250倍。如此大的光帆需要非常特殊的材料，才能使它又輕又薄又足夠堅硬，石墨烯或許是一個選擇但還不清楚。其次，為了捕獲足夠的輻射來減速，探測器的速度只能達到光速的4.6%，因此需要95年的時間才能到達半人馬座阿爾法星。當然，新設計的好處在於不需要地面的激光陣列，僅僅通過太陽的輻射就能夠獲得加速。

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△ 美國行星協會設計的「光帆二號」，預計今年發射。光帆的基本原理是利用太陽光的壓力來加速。當光帆反射太陽光時，由於每個光子都有一定的能量和動量，光帆就會獲得一定的動量。（圖片來源：The Planetary Society）

下面這個圖清晰地勾勒出了新探測器的路線。新探測器從地球出發到達半人馬座阿爾法星，將以4.6%的光速航行。一旦到達後，利用恆星的輻射來使自己減速，當速度逐漸放慢的時候就可以利用半人馬座阿爾法星A的引力操控光帆的方向，有點像利用「彈弓」來操控旅行者1號和2號在太陽系內的飛行路線。接著，光帆將繼續花費4天的時間航行到半人馬座阿爾法星B，進一步減速。最後還需要46年的時間才能最終到達比鄰星。屆時將有機會拍攝到比鄰星b的樣貌，並傳回高清圖片。

（圖片來源：Rene Heller & Michael Hippke）

但即使我們明年就實施這一計劃，等到傳回照片的時候，我們這一代人早已不復存在，所以問題是真的有必要去嘗試這一計劃嗎？這取決於我們看待的方式。如果我們的最終目標是想要證明星際旅行是可行的，那突破攝星提出的方法就可以做到。但是，如果我們更加感興趣的是看到在半人馬座阿爾法星是否擁有外星生命和可宜居世界，那麼額外的時間當然會做的更好。新的設計無疑增加了我們收集到更有價值的數據的概率。

無論是突破攝星還是新的提案，我們都面對著許多困難，比如材料、導航以及資金支持等巨大挑戰。但正如霍金所說的：「是什麼使人類獨一無二？我想是因為我們不斷地在超越極限。引力把我緊緊地束縛在地面上，而我剛剛飛到了美國。我失去了的聲音，但是我仍然可以交流。我們是如何超越這些極限的？我想是因為不斷地思考以及不畏挑戰的精神。」