霍金已逝，他的突破攝星計劃才剛剛開始

北京時間2016年4月13日8點零8分，著名天體物理學家史蒂芬·霍金在紐約發布了一條微博，宣布將啟動一個超級科研項目：建造一個激光推進的微型星際飛行器，預計最快用20年抵達離太陽系最近的恆星系統——半人馬座阿爾法星（Alpha Centauri）。

說到這個半人馬座阿爾法星，好多人不明覺厲，其實就是我們常說的比鄰星，到地球的距離約為4.2光年，是距離我們最近的一個恆星系統。所以很多科幻電影或科幻小說中提到星際旅行的時候就往往以此作為一個例子。劉慈欣的科幻小說《三體》中也提到了半人馬座阿爾法星。

比鄰星位於半人馬座（Centaurus），是半人馬座α三合星中的第三顆星，按照拜耳命名法也稱為半人馬座α星C，是距離太陽最近的一顆恆星（4.2光年），恆星分類屬於紅矮星。

現在的高精度天文觀測發現，比鄰星實際上處於一個三星系統中。

這個計劃太激動人心了，聽著就讓人心潮澎湃。

然而，實際上，這是一項基礎研究項目，在理論上是可行的，但在工程技術實現上，是一項大膽的冒險計劃，成功的可能與失敗的風險並存。

「突破攝星（Breakthrough Starshot）」計劃由美國宇航局（NASA）艾姆斯研究中心前總監沃爾登帶領。背後的金主是俄羅斯互聯網投資人尤里·米爾納。除霍金外、Facebook創始人馬克·扎克伯格也參與了該計劃的監督委員會。目前，該計劃已經獲得高達1億美元的經費支持。

俄羅斯人尤里·米爾納（Yuri Milner）掌管著一家風險投資基金公司DST（數字天空科技），其所投資的公司中已經出現了兩家千億美元級公司（阿里巴巴和Facebook）和數家百億級公司（京東、Twitter等），從這些互聯網巨頭身上賺了上百億美元。短短几年，米爾納成為了世界上最有名的投資人。但不為人知的是，米爾納擁有粒子天體物理的博士學位。他的辦公室里就有一架望遠鏡，隨時可以觀測星空。

圖2 米爾納和霍金共同開啟尋找外星人計劃

前幾年，米爾納曾牽頭成立了獎金300萬美元的科學突破獎，旨在獎勵生命科學、基礎物理和數學領域的傑出人才，而諾貝爾獎的獎金才100多萬美元。

2015年，米爾納更是拿出1億美元資助地外文明搜尋計劃（SETI），邀請宇宙大爆炸理論主要貢獻者之一的史蒂芬·霍金、地外文明搜尋計劃創始人弗蘭克·德瑞克（Frank Drake）、系外行星發現者傑弗里·馬西（GeoffreyMarcy）組成陣容豪華的科學家團隊，目的只為尋找外星人。地外文明搜尋計劃主要通過租用大型射電望遠鏡，監測宇宙中的無線電波，分析其中是否存在地外智慧生命發射的信號。雖然該計劃已經堅持了幾十年，但由於大型望遠鏡租金昂貴，每年只能租到二三十個小時的觀測時間，一直進展緩慢。今後，在米爾納的資助下，地外文明搜尋計劃將長期租用位於西弗吉尼亞州的綠岸望遠鏡和澳大利亞新南威爾斯州的帕克斯望遠鏡，這兩架世界上數一數二的射電望遠鏡每年都將有幾個月的時間用來尋找外星人。

「突破攝星」計劃中提出的「納米飛行器」，可以在短短几分鐘內加速到光速的五分之一，即每秒鐘飛行六萬公里。相比之下，迄今為止人類歷史上飛行速度最快的航天器——「新視野號」在飛越木星加速後的峰值速度也僅每秒鐘飛行20公里（每小時7.5萬公里），以這一速度飛到冥王星就用了10年時間，如果以這一速度飛到比鄰星，則至少需要一萬四千年以上，顯然是人類很難接受的。

因此，米爾納和霍金希望研製速度為光速五分之一的「納米飛行器」，在二三十年內就可以飛越4光年以上的距離，主要目的是希望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，在帶去人類信息的同時，也把那裡的信息帶回地球。

「納米飛行器」主要由兩部分構成：計算機晶元大小的「星晶元」和不過幾百個原子那麼厚的「太陽帆」。其中，僅有數克重的星晶元上攜帶著攝影、導航和通訊等設備。

按照計劃，科學家需要先在地球上建造大規模的地基激光發射器，然後發射一個航天器，將數千個「納米飛行器」帶入太空。「納米飛行器」進入太空後張開光帆，地面上的激光發射器聚焦激光束，發射強大能量的激光，把激光打在光帆上，提供「納米飛行器」飛行的動力。

這一方案從理論上是可行的，但至少在目前，還沒有能力製造出飛行速度達五分之一光速的飛行器。

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。由於太陽光的光壓很微小，星際旅行所需的太陽帆面積要非常龐大，而且要先把太陽帆摺疊起來，用火箭把它帶入太空，然後在太空中展開。太空中沒有任何空氣阻力存在，依靠這種微弱推力能為足夠大面積的太陽帆提供 1E-44～ 1E-2左右的加速度。為了保證航向的正確，還需要調整帆面張開的角度和方向。

「突破攝星」這個史無前例的大膽設想面臨的挑戰也是十分巨大的。

難點之一，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這麼小的「納米飛行器」？

難點之二，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。

難點之三，即便「納米飛行器」真的飛到了比鄰星，如何把信息傳回來也是一個巨大的困難。現在航天器上都有一個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，但這種方法顯然不適用於「納米飛行器」。因此需要一種全新的通信體制，既輕便，又能避免能量的快速衰減，否則信號將無法傳遞到地球。

儘管有眾多明星為「突破攝星」計劃站台，包括大名鼎鼎的霍金坐鎮，但是，霍金和這些明星們卻不會直接參与項目中的具體研究。霍金在該項目中主要是作為有公眾影響力的科學家，扮演著「突破攝星」計劃「科學代言人」的角色。米爾納2015年投資1億美元支持的地外文明搜尋計劃，同樣邀請霍金加入科學家團隊，目的和操作手段基本相似。

雖然在我們看來，米爾納、霍金現在的計劃更像是在燒錢，但成功的科學家和投資者有共同的特質，那就是既需要有一往無前的勇氣，也需要嚴細慎實的精神。好奇是人類的天性，科學是被好奇心驅動的。我們有理由期待，畢竟，對未知世界的探索，總是處於人類創新的前沿。

來源：科普中國 鄭永春

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