突破攝星計劃:人類發射探測器,半人馬α星大禍臨頭!
Ent
松鼠名片
畢業於北京大學元培學院,擅長以通俗易懂的文風寫作最有爭議性的科學話題,話題涉及演化、物理、數學等諸多領域。精通翻譯,關注社會新聞與科學漫畫。曾採訪《自然》總編Philip Campbell、《科學美國人》總編Mariette DiChristina等多位業界人物,致力於與頂級科學家的溝通與採訪。
2016年4月,我們的霍金老爺子發表了一個驚人的消息:他和尤里·米勒、馬克·扎克伯格等大人物,一起設立了「突破攝星」(Breakthrough Starshot)計劃,要在未來的20年里,往半人馬α星(南門二)發射一個探測器艦隊。
按照計劃,他們會在地面上建設一個100GW的超級激光陣列,與此同時向地球軌道上發射1000個所謂「納米探測器」。這些探測器很小,每一個的質量都只有幾克,但是它們都會備有一張4米見方的超薄光帆。一切就緒後,用地上的強激光照射光帆,短時間內提供巨大的推力,令其在幾分鐘內加速到0.2倍光速(每秒6萬千米),然後花20年時間抵達半人馬α。
「突破攝星」計劃設想的納米探測器和光帆。
圖片來源:space.com
是不是很厲害!
……厲害歸厲害,但是萬一半人馬α星真的有生命存在,他們見到這麼一坨東西飛過來會有什麼感想?
讓我們來算一算吧。
他們會看到什麼?
肉眼看過去,探測器的本體很小,絕大部分是這個4米×4米的光帆。光帆在我們眼中一定是閃閃發亮的,因為哪怕它只吸收一丁點光能,在能量巨大的激光打上去的時候,也會承受不住而氣化。「突破攝星」計劃預計製造出吸收率低於10^-9的超反射光帆,那將是大部分人見過的最明亮的鏡子(要知道,日常鏡子反射率能到95%就不錯了)。
如果半人馬α星周圍的行星上能支持生命的話,他們遵循的物理定律一定和我們相同。因為光能承載的信息遠遠大於其他感官媒介,視力對於生命應該有巨大的好處。在地球上,視力分別誕生了好多次,95%的動物物種有視力;因此我們可以有把握地猜測,半人馬α若有文明,幾乎肯定擁有某種形式的視力。
具體的視力範圍依賴於恆星的光芒。半人馬α的三顆恆星和太陽相比,整體要稍紅一些,但是相差還不算特別遠,因此他們的視力範圍也不會和我們相差太遠。
半人馬α星A, B和C(也就是比鄰星)與太陽的對比。
圖片來源:pics-about-space.com
總之我們可以推測,在我們眼中閃閃發亮的光帆,在他們的天文學家眼中也是如此。
這帶來了一個嚴重問題:他們可能無法準確估計這些探測器的大小。
我們是怎麼知道天體大小的?幾乎所有的時候,遙遠天體在望遠鏡里都是一個光點而已,不可能直接像看日常物體一樣看出大小來。早年間測量大小的一個重要手段是看它多亮--越亮的東西,反光面積越大,個頭也應該越大。顯然這個辦法有嚴重的缺陷:我們不知道它的反光率。但是天然物體的反光率,範圍也就那樣,誤差不會到太過誇張的程度。(當年我們正是因為反光率問題而高估了冥王星的大小。)
但是這對我們的探測器就不適用了。它不是一個傳統的小行星,而是一個反光率接近100%的平面。如果半人馬α天文學家的觀測技術還不夠高明,他們很可能會把這個探測器當成一個典型小行星來估算大小。常規的小行星反照率通常在0.05-0.3之間,因此他們會按照亮度認為這是一個直徑10米左右的小行星,重量約1000噸(一般假定小行星的密度在2000千克/立方米左右)。
然後,這樣的小行星有1000顆,每一顆都在以0.2倍光速飛奔過來……
呵呵。
他們認為會發生什麼?
直徑10米的小行星,本身倒沒有什麼了不起。就算是以60km/s的速度(這算很快的小行星了,繞太陽運行的天體最快不能超過72km/s)撞上來,也出不了正經隕石坑,充其量相當於一個通古斯大爆炸。哪怕1000個加在一起,也只是一場區域性的災難,不會對全球文明產生根本影響。
問題是,現在這些「小行星」不是60km/s,而是60000km/s。速度翻了1000倍,能量就增加了1000000倍。這堆小行星加起來,哪怕不計相對性效應(對0.2c而言,計入不會影響數量級),總能量也可達10^24J,或者相當於10^14噸TNT當量。這能量當然不足以摧毀星球,但是已經和毀滅恐龍的奇克蘇魯伯小行星撞擊總能量相當。雖然實際上它們撞到目標行星的概率微乎其微,但畢竟有1000個啊!哪怕是千分之一的奇克蘇魯伯,起碼也得造成一輪全球氣候大波動。
更加可怕的是這一危機帶來的心理震撼。如果眼見世界末日就要來臨了,我們會做什麼?恐怕不可能還一切如常吧。完全有可能在真正的撞擊到來之前,絕望和恐慌就已經徹底摧毀了社會秩序,帶來文明範圍的巨大衰退了。
搞出什麼奇怪的邪教也是完全有可能的……
圖片來源:thoughtforyourpenny.com
還有一個更大的潛在威脅,不過這個威脅此處要賣個關子,下一節再說。
實際上會發生什麼?
假定他們並沒有被絕望摧垮,而是頑強地熬到了小行星來臨的那一天,應該會發現是虛驚一場吧!這些探測器其實每個都只有幾克而已,砸到地上頂多也就砸壞個花花草草,不會成什麼氣候吧!
慢著。一個相對性速度運動的宏觀物體,在太空中運動還無所謂,和其他物質接觸可就有問題了。比如,它如果在大氣層中運動,能讓前方的空氣發生核聚變。
是的你沒看錯,核聚變。
核聚變的基本原理是讓兩個輕原子撞成一個重些的原子(但通常不會比鐵更重)。地球物理學家致力實現的主要是氫原子聚變,但是除了氫之外還有很多種聚變方式。常見大氣層元素不過碳氫氧氮硫,這些通通都有聚變潛力。
正常情況下空氣不會聚變(如果會,我們就不用研發聚變反應堆了……因為我們都死了),因為原子核帶正電,互相排斥。為了讓原子聚變,我們需要用原子彈、磁場或者激光把它們硬壓進一個小區域,逼它們接觸。但是現在我們有了一個0.2c的飛行器,這些都不成問題--它飛得如此之快,前方的氣體以日常每秒幾百米幾千米的速度簡直就是靜止的。它們根本來不及逃開,被硬生生壓在了一起,強行發生核聚變。在這個場景下,流體力學根本就無關緊要了。
xkcd的作者Randall Monroe其實在子系列What if中描述過類似的場景:以0.9c投擲棒球會發生什麼?結果就如圖啦(我認為網球王子的作者應該看看這一篇——編輯)。
圖片來源:songshuhui.net
這些核聚變會產生多大的能量?幾乎不可能計算,本來建模就夠難了,何況我們也不知道目標星球表面的大氣層狀況。但是有一點可以肯定,這會產生數量巨大的伽馬射線,它們會打擊周圍的空氣令其電離,從而一邊擴散產生更多輻射、一邊形成一個不斷擴張的等離子球。
聚變的力量也會對探測器產生反向推力,但這種力量在0.2c面前不值一提。不過它們會剝蝕探測器的表面,炸出許多微小碎屑,這些碎屑以0.2c的速度繼續前進,並引發更多的聚變。
很難計算探測器抵達地表時是什麼樣的(如果大氣層的厚度是100km,它抵達地表只需要1毫秒)。也許它早就分崩離析了,但這無關緊要,反正是一坨碎屑裹挾著一個大號等離子球撞到了地上。由於總質量太低,我們可能見不到很大的坑,但是過程中的伽馬射線和X射線可不是鬧著玩的。有可能周圍幾公里甚至幾十公里的生物都被伽馬射線掃平了。
換句話說,和挨了一個中子彈沒有太大的區別。
哪怕只有一個落到了目標星球上,也是令全球震驚的暴行,而他們已經知道有一千個這樣的武器奔著他們過來。這種致命外交事故會對兩球關係產生怎樣的影響?簡直無法想像。
而說到底,發射這樣的航天器並沒有什麼不可逾越的技術鴻溝。如果他們奮起發展科學技術,決定實施報復性打擊的話……那霍金,你可就把我們全都毀了。
作者:Ent
編輯:Stellasun
排版:紅色皇后
本文版權屬於果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯繫sns@guokr.com
科學松鼠會,是一家以推動科學傳播行業發展為己任的非營利組織,成立於2008年4月。我們希望像松鼠一樣,幫助公眾剝開科學的堅果,分享科學的美妙。
可惡的地球人!
![](https://pic.pimg.tw/zzuyanan/1488615166-1259157397.png)
![](https://pic.pimg.tw/zzuyanan/1482887990-2595557020.jpg)
※餐桌物種日曆白菜:芸薹屬,混亂的白菜家族之一
※色彩測試:青色是什麼樣子的?
※福島六年祭:為何我們對核電念念不忘?
※迷信之謎,為什麼有人偏愛「信邪」?
※化學家的酷炫烤爐:猜猜它是什麼做的?
TAG:科學松鼠會 |
※中國火星計劃來了:5年內發射火星探測衛星
※穿越比鄰星——「突破攝星」計劃
※突破攝星計劃啟動:發射首批「星際飛船」原型機
※NASA小行星捕捉計劃持續推進,將成人類探索火星跳板
※火星計劃即將進入窗口期,火星探索為什麼這麼火?
※人類最瘋狂的太空探索計劃:未來登陸小行星
※科學家提出改造火星計劃:用小行星撞擊火星!
※霍金的「突破攝星」計劃 帶你去潘多拉星球!
※地球搶先進攻三體人?霍金髮起「突破射星」計劃
※霍金要上頭條!霍金宣布突破攝星計劃 宇宙級網紅說的「突破攝星」計劃到底是啥?
※霍金尋找外星人計劃「突破星擊」,成功將 6 個僅 4 克重的太空探測器送入太空
※歐洲計劃探索火星水資源:開採第一桶火星水
※NASA的火星計劃暴光,將分五步登陸這顆紅色星球
※馬斯克的火星計劃竟有大漏洞?火星生活有患癌風險
※NASA計劃在火星建核電站,為人類登陸火星做準備
※印度的太空夢:一箭104星發射成功 計劃探索火星
※人類「水星計劃」跟蹤外星人,曾多次造訪太陽系
※「突破攝星計劃」試圖尋找外星生命
※人類的死星計劃能成功嗎?