霍金：為 「突破攝星」計劃站台的網紅？
封面圖：截止4月14日16：19，霍金的微博粉絲已超過304萬
編者按：
本周二，著名天體物理學家史蒂芬·霍金在新浪微博上開啟個人賬號，迅速吸引了超過三百萬粉絲，有中國網友戲稱霍金為「網紅」。就在一天之後，霍金的第二條微博，就是關於他和俄羅斯投資家尤里·米爾納共同宣布啟動的一個超級科研項目—— 「突破攝星」計劃，即建造一個激光推進的納米級微型星際飛行器，預計最快速度可達光速的五分之一，用20-30年便可抵達離太陽系最近的恆星系統——半人馬座阿爾法星。霍金的名氣令這項野心勃勃的計劃更加激動人心。然而，納米飛行器這項計劃儘管在理論上是可行的，在工程技術實現上卻是一項大膽的冒險計劃，霍金會親自參與這項計劃嗎？「突破攝星」真的能為地外文明搜尋計劃帶來突破嗎？
撰文 | 鄭永春 （中國科學院國家天文台）
責編 | 徐可
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4月12日，著名天體物理學家史蒂芬·霍金通過在新浪微博上新開啟的個人賬號發帖，向中國的網友問好。一時間引起轟動效應，8小時就吸引了過百萬粉絲。有中國網友戲稱霍金為「網紅」，還有人說，「看來為了霍金，也要重新用回新浪微博」。
儘管霍金在第一條微博中說，希望和中國網友「分享我的生活趣事和工作心得」，但大家沒有想到就在一天之後，北京時間4月13日8點零8分，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）。發布這條微博之後，霍金的粉絲數已經漲到了三百多萬。
霍金的第二條微博是這樣說的：
「我在紐約向中國的各位問好！在紐約城的一號樓觀景台，我和尤里·米爾納啟動了『突破攝星』計劃 (Breakthrough Starshot)，馬克·扎克伯格也加入了該計劃的董事會，為「突破攝星」助一臂之力。
在一代人的時間內，『突破攝星』旨在研發出一台『納米飛行器』—— 一台質量為克級的自動化太空探測器—— 並且通過光束把它推動到五分之一的光速。如果我們成功的話，這個飛掠任務將會在發射後二十年左右到達半人馬座阿爾發星，並發送回來在那個星系中發現的行星的圖片。
愛因斯坦曾經幻想在宇宙中乘著一道光線飛馳，這個思想實驗為他的狹義相對論奠定了基礎。一個多世紀後，我們有機會可以達到光速的一小部分：一億英里每小時。只有通過這麼快的速度，我們才有希望在人類的時間尺度內到達那些恆星。
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。
—— S.H.」
說到這個半人馬座阿爾法星，好多人不明覺厲，其實半人馬座（Centaurus）阿爾法星包括三顆恆星，分別為半人馬座α星A、半人馬座α星B、半人馬座α星C。其中，半人馬座α星A、半人馬座α星B靠得很近，是一個雙星系統，中國古代稱為南門二。半人馬座α星C，一般稱為比鄰星，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。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。
這個計劃太激動人心了，聽著就讓人心潮澎湃。但該計劃提出的時間就在霍金開通微博的第二天，這不能不讓人懷疑霍金開通微博另有目的。考慮到實現「突破攝星」計劃需要50億美元以上龐大的資金，讓人聯想到霍金他們是來中國圈錢了。
認識霍金背後的俄羅斯金主米爾納
「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彼得·沃爾登（Pete Worden） 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，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。
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。
這不是米爾納和霍金的第一次聯手。
2015年7月，米爾納拿出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（Geoffrey Marcy）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來尋找外星人。
需要指出的是，儘管有包括霍金和扎克伯格在內的眾多明星為「突破攝星」計劃站台。但是，霍金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。米爾納去年以1億美元支持的地外文明搜尋計劃，同樣也邀請霍金加入科學家團隊，目的和操作手段基本相似。
納米飛行器，聽上去很美？
「突破攝星」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」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），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至少需要一萬四千年以上，顯然是人類不可以接受的。
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10-5～ 10-3g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。
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。目前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，但這種方法顯然不是用於「納米飛行器」。因此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。
探索未知世界是人類的天性，科學家受好奇心驅使，總是處於人類創新的前沿。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。
「網紅」霍金也許能通過新浪微博給我們帶來更多驚喜？讓我們對這個有劃時代意義的項目拭目以待吧！
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