星際之旅有哪些技術和障礙？

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Star Trek: The Motion Picture (Original Soundtrack

Jerry Goldsmith

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銀河系360度全景照片

Credit: ESO/S. Brunier

將殖民飛船發向太空，讓人類的種子在宇宙中散播，無疑是科幻作品的熱門話題。然而這樣的想法，顯然比發現新的宜居星球、探測外星文明要難得多。

幾十年來，科學家們一直在探索如何才能實現這一偉大目標，並提出了很多設想。近日，曼斯菲爾德和薩頓天文學會會員馬丁布拉多克（同時還是皇家生物學會會員和皇家天文學會會員）在他的一項研究中，對比了這些星際旅行方法的優缺點。

這項題為「深空旅行的概念：從曲速引擎和冬眠到世界飛船和低溫技術」的研究最近出現在科學期刊「生物醫學工程和生物科學趨勢」（杜松期刊出版物）中。正如Braddock在他的研究中指出的，由於系外行星的發現，近年來人類如何探索鄰近恆星系統的問題變得更加重要。

近期探測到的部分宜居行星

星際旅行，有很多理論上可行的方法。然而，除了技術可行性以及所需的時間之外，還需要事先考慮到旅行對成員的生物和心理影響。

由於近年來公眾對太空探索的興趣重新回歸，對所有可能的方法的性價比進行分析變得越來越必要。正如布拉多克博士通過電子郵件告訴今日宇宙：

「目前火星任務已經原理上可行，多國的太空機構在共同努力，研究維持人類短期太空旅行（2 - 3年）時健康的方法。霍金的逝世，再次提醒了世人他當年的深空殖民信念，而鋼鐵俠伊隆馬斯克一再強調盡量減少太空旅行的浪費，再加上國際空間站"bolt-on（扣上）"配件的豐富可擴展性，讓星際旅行看上去越來越可行。」

布拉多克博士總結了5種載人星際旅行的技術，包括：超光速旅行（簡稱FTL, Faster Than Light），冬眠或停滯機制，抗衰老工程，能夠支持多代乘員的世界飛船以及cyogenic冷凍技術。

使用Alcubierre曲速引擎的飛船效果圖

Credit: NASA

超光速旅行的優點是顯而易見的，儘管此時它仍停留在理論性階段，科學家已經在嘗試驗證一些概念。 Alcubierre曲速引擎，是超光速旅行的關鍵一環。目前多個組織都投入研究，其中包括Tau Zero基金會和NASA約翰遜航天中心的Eagleworks（APPL：E）先進推進物理實驗室。

簡而言之，曲速引擎的工作原理就是：把飛船前方的空間壓縮，後方的空間擴張，讓壓縮和擴張的空間之間形成勢能，飛船則在其作用下向前「滑動」。一旦飛船划過的空間就會從壓縮轉為擴張，這個區域被稱為「曲速泡」。由於飛船並未在泡內運動，只是被向前移動的曲速泡牽引，這就成功的避開了相對論中速度-質量難題。

這種推進系統的優點包括：能夠在不違反相對論的前提下實現超光速飛行；曲速泡的存在還使得飛船不必擔心與空間碎片碰撞；飛船可達到的最大速度沒有上限。

但是，這種旅行方式的缺點同樣明顯：人類尚未找到方法創建這種神奇的曲速泡；創造麯速泡可能需要極大的能量；而且飛船一旦進入，如何逃離也是難題之一。

因此，曲速引擎可以說是純理論推理，其實現方式短期內很難取得實質性突破。

「最理想的當然是實現超光速飛行，但如果這不可能實現，那延長人的壽命，甚至讓人類在星際航行中繁衍也可以接受。」布拉多克博士說。「如果能夠建造出足夠大的飛船，且發展出合適的推進方式（達到1/10光速），那後者顯然更有可能實現。」

說到冬眠或停滯機制，它的優缺點就顯而易見了。首先，這種技術比較容易實現，科學家們已經在動物和人身上展開了廣泛的研究。而且，自然界就存在著冬眠現象，至少幾個月這種時間尺度是毫無問題的。

而在太空旅行中冬眠的缺點，目前還無法評估。例如，長時間待在微重力環境中，可能存在組織萎縮的風險。雖然理論上可以通過人造重力或其他手段（例如肌肉的電刺激）來緩解，但是仍需要臨床試驗來驗證。由於實驗本身可能給人造成傷害，這又帶來了一系列道德問題。

抗衰老工程師另一種有用的技術。通過扭轉衰老過程，使人來參與長期航天飛行成為可能。通過這種技術大幅延長壽命，已度過漫長的星級之旅。然而由於時間過於漫長，整個旅行中需要持續或多次執行此種操作，對人體不同組織會產生什麼影響同樣是未知數。

談到世界飛船（或稱世代飛船），這種能夠自持的宇宙飛船大到足以容納幾代太空旅客。飛船依靠常規動力，因此需要幾個世紀（或數千年）才能達到另一個恆星系統。而飛船本身就可看作一個殖民地，在到達下一個宜居星球之前，能夠保證數千成員的生存。

但是，如何建造如此巨大的飛船，顯然是一個挑戰。而派遣這麼多人去「太空流浪」聽上去也不是很道德。首先，船員們是否會在特殊環境中發狂，甚至自相殘殺？另一方面，隨著地球科技的進步，先發射出去的世代飛船在飛行過程中，可能會被最新研製的更高級的飛船超越。那麼花費巨大的代價研製這種飛船是否有意義呢？

世代飛船想像圖

Credit and Copyright: Nils Faber & Angelo Vermeulen

最後討論的是通過低溫技術來延壽，過去幾十年中科學家們已經對此開展了廣泛的研究。和大程度上，這個概念可以看作休眠技術的延伸。但是由於飛船成員完全冷凍，飛行時間的長短將不是問題。當然這項技術也有未知的風險：長期冷凍對人類或其他高級生物的神經系統會產生什麼影響還不得而知。而解決這個問題需要的臨床研究，又將面臨道德挑戰。

綜上，我們還需投入大量的研究才能得出定論，何種技術更適合太空殖民之旅。當然，派遣機器人成員去探索能夠克服很多問題，但是只是獲得飛船傳回的外星球的數據，顯然不如人類親自達到有誘惑力。