论文部分内容阅读
目标，飞临探索恒星
2016年4月13日8点8分，著名天体物理学家史蒂芬·霍金在纽约发布了一条微博，宣布将启动一个超级科研项目：建造一个激光推进的微型星际飞行器，预计最快用20年时间抵达离太阳系最近的半人马座α恒星系统。而这距离霍金在中国开通微博刚刚才一天。
近年来，开普勒太空望远镜发现了数千颗太阳系系外行星，它们距离地球几十甚至几百光年。我们能探测到，却永远见不到。至于什么时间拜访它们？天文学家的最高期望就是尽量利用手边那一丁点儿数据，猜测它们的运行规则和气候特征。不过，太阳系有一个近邻，与我们的世界既不相同，又很相似。它的名字是半人马座α恒星系统。
从概率上看，半人马座α恒星系统中与太阳类型相同的恒星数几乎为零。然而科学家发现半人马座α恒星系统中至少拥有：2颗太阳，还有1颗小型红矮星……3颗恒星。它距离地球仅4.22光年，或许还有行星甚至上面存有生命。这是我们能够企及的另一个世界吗？有可能真的拜访那里吗？
“突破摄星”计划
史蒂芬·霍金宣布的这一超级科研项目，又称“突破摄星”计划。很多科学家认为这一计划尚属于科幻范畴，主要是因为其涉及的距离过于遥远。半人马座α星距离地球4.22光年，即近40万亿千米。到目前为止，已发射的速度最快的宇宙飞船是美国-德国联合建造的太阳神号探测器，其速度为25万千米/小时。若以此速度计算，到达这颗距离太阳系最近的恒星需要1.8万年。想要在一个人的生命周期内到达那里，宇宙飞船就必须达到与光速相近的速度，如果速度能够达到光速的10%，那么就可能在44年左右到达半人马座α星。
若要实现如此快的速度，所需要的能量是巨大的，即便是对于一个质量相对较轻的探测器也是如此。因为在加速度异常大的情况下，即需要大量燃料，因而要将探测器上的大光帆做得像羽毛一样轻，再通过地球上高强度的激光阵列将其速度提升到光速的20%以上。这便是俄罗斯互联网巨头兼亿万富翁尤里·米尔纳最近摆下的赌局：他出资1亿美元建造一台能够抵达半人马座α恒星系统的探测器。有了这1亿美元，人们毫不怀疑科学家将跨过卫星微型化的难关。许多必备的技术已经存在，只需进行改造。
邮票大小的飞船
参与“突破摄星”计划项目的科学家团队可谓强大：尤里·米尔纳邀请宇宙大爆炸理论主要贡献者之一的史蒂芬·霍金、地外文明搜寻计划创始人弗兰克·德瑞克、系外行星发现者杰弗里·马西组成阵容豪华的科学家团队，目的只为寻找外星人。今后，在米尔纳的资助下，地外文明搜寻计划将长期租用位于美国西弗吉尼亚州的绿岸望远镜和澳大利亚新南威尔斯州的帕克斯望远镜，这两架世界上数一数二的射电望远镜每年都将有几个月的时间用来寻找外星人。
尤里·米尔纳及其合作者从二十世纪六十年代罗伯特·福沃德的研究中得到启发。当时，这位美国物理学家想象了一种重数千吨的飞行器，它配有展幅达1 000千米的太阳帆，通过反射一台设置在太空中的巨型激光仪发射的光子完成星际征途。激光束能量强大，达75 000 太瓦（万亿瓦）。与此相比，“突破摄星”计划就显得很渺小，或许也因此而更有希望。这个新项目的规划者将所有希望寄托在一面边长仅4米的太阳帆和一艘不到1 克重的飞船！关键就在这里：用轻如鸿毛去征服广阔的距离！
半小时飞越火星
规划者的设想是利用纳米技术、微电子和光电技术的进步成果，设计一台邮票大小的探测器。这块芯片可以整合摄像头、推进器、通信和导航设备，全部成本相当于一台智能手机！完全不必建造巨大的轨道激光发射器，在地球上用一个功率100吉瓦（十亿瓦）的激光发射网络足矣。按照计划的初步计算，发射3分钟激光就能把这个微型探测器加速到光速的20%，之后它将进入行星际空间；半小时内，它就能飞出火星轨道；发射次日，它能到达冥王星轨道（新视野号探测器到达这一地区用了近20年）……20 年后，它将进入半人马座α恒星系统。
尽管听起来充满未来主义，但在许多观察家看来，这一计划是可信的。一方面，帆动力航行已经在太阳系中得到验证。2010年，日本“伊卡洛斯”号探测器成功展开了边长14米的太阳帆，靠着太阳光子的压力在太空中航行。另一方面，探测器微型化的工作也已在美国国家航空航天局展开。这甚至是航天领域的最新革命之一：不再用几十吨重、制造和发射成本高昂的传统卫星执行任务，而是用几千克的小型飞行器（立方体卫星）。有几十颗此类卫星已进入轨道，另外还有很多颗正在准备之中。例如，一颗仅重12千克的太阳帆立方体卫星将在2018年执行小行星开发计划的首次探路任务；另一颗将展开80平方米的太阳帆，以进入绕月轨道……帆动力航行，减轻卫星质量，使制造过程标准化，一次发射数十颗小型模块卫星，这将是未来太空旅行的方法。“突破摄星”计划只是抄袭了这一概念，并把它推向极致。
科学家计划研发10年，建造10年，航行21年，数据传送4年…… 如果一切顺利，2057年人类探测器将首次进入另一个行星系。2061年它傳回的首批图像将出现在地球所有媒体的头条位置。2061年，这几乎是近在眼前了呀！
人人都关注着半人马座α星，终于到了能够考虑前去探索它的时刻。人们终于有可能从近处观察系外世界，触摸它，感受它。终于有一项太空任务能为地球人提供一个真实的对照物了——自20年前首次发现系外行星以来，对系外世界的各种艺术化的想象已填满了我们的脑海。当然，还有对发现外星生命的期待……人类的首次星际旅行已不再是梦！
2016年4月13日8点8分，著名天体物理学家史蒂芬·霍金在纽约发布了一条微博，宣布将启动一个超级科研项目：建造一个激光推进的微型星际飞行器，预计最快用20年时间抵达离太阳系最近的半人马座α恒星系统。而这距离霍金在中国开通微博刚刚才一天。
近年来，开普勒太空望远镜发现了数千颗太阳系系外行星，它们距离地球几十甚至几百光年。我们能探测到，却永远见不到。至于什么时间拜访它们？天文学家的最高期望就是尽量利用手边那一丁点儿数据，猜测它们的运行规则和气候特征。不过，太阳系有一个近邻，与我们的世界既不相同，又很相似。它的名字是半人马座α恒星系统。
从概率上看，半人马座α恒星系统中与太阳类型相同的恒星数几乎为零。然而科学家发现半人马座α恒星系统中至少拥有：2颗太阳，还有1颗小型红矮星……3颗恒星。它距离地球仅4.22光年，或许还有行星甚至上面存有生命。这是我们能够企及的另一个世界吗？有可能真的拜访那里吗？
“突破摄星”计划
史蒂芬·霍金宣布的这一超级科研项目，又称“突破摄星”计划。很多科学家认为这一计划尚属于科幻范畴，主要是因为其涉及的距离过于遥远。半人马座α星距离地球4.22光年，即近40万亿千米。到目前为止，已发射的速度最快的宇宙飞船是美国-德国联合建造的太阳神号探测器，其速度为25万千米/小时。若以此速度计算，到达这颗距离太阳系最近的恒星需要1.8万年。想要在一个人的生命周期内到达那里，宇宙飞船就必须达到与光速相近的速度，如果速度能够达到光速的10%，那么就可能在44年左右到达半人马座α星。
若要实现如此快的速度，所需要的能量是巨大的，即便是对于一个质量相对较轻的探测器也是如此。因为在加速度异常大的情况下，即需要大量燃料，因而要将探测器上的大光帆做得像羽毛一样轻，再通过地球上高强度的激光阵列将其速度提升到光速的20%以上。这便是俄罗斯互联网巨头兼亿万富翁尤里·米尔纳最近摆下的赌局：他出资1亿美元建造一台能够抵达半人马座α恒星系统的探测器。有了这1亿美元，人们毫不怀疑科学家将跨过卫星微型化的难关。许多必备的技术已经存在，只需进行改造。
邮票大小的飞船
参与“突破摄星”计划项目的科学家团队可谓强大：尤里·米尔纳邀请宇宙大爆炸理论主要贡献者之一的史蒂芬·霍金、地外文明搜寻计划创始人弗兰克·德瑞克、系外行星发现者杰弗里·马西组成阵容豪华的科学家团队，目的只为寻找外星人。今后，在米尔纳的资助下，地外文明搜寻计划将长期租用位于美国西弗吉尼亚州的绿岸望远镜和澳大利亚新南威尔斯州的帕克斯望远镜，这两架世界上数一数二的射电望远镜每年都将有几个月的时间用来寻找外星人。
尤里·米尔纳及其合作者从二十世纪六十年代罗伯特·福沃德的研究中得到启发。当时，这位美国物理学家想象了一种重数千吨的飞行器，它配有展幅达1 000千米的太阳帆，通过反射一台设置在太空中的巨型激光仪发射的光子完成星际征途。激光束能量强大，达75 000 太瓦（万亿瓦）。与此相比，“突破摄星”计划就显得很渺小，或许也因此而更有希望。这个新项目的规划者将所有希望寄托在一面边长仅4米的太阳帆和一艘不到1 克重的飞船！关键就在这里：用轻如鸿毛去征服广阔的距离！
半小时飞越火星
规划者的设想是利用纳米技术、微电子和光电技术的进步成果，设计一台邮票大小的探测器。这块芯片可以整合摄像头、推进器、通信和导航设备，全部成本相当于一台智能手机！完全不必建造巨大的轨道激光发射器，在地球上用一个功率100吉瓦（十亿瓦）的激光发射网络足矣。按照计划的初步计算，发射3分钟激光就能把这个微型探测器加速到光速的20%，之后它将进入行星际空间；半小时内，它就能飞出火星轨道；发射次日，它能到达冥王星轨道（新视野号探测器到达这一地区用了近20年）……20 年后，它将进入半人马座α恒星系统。
尽管听起来充满未来主义，但在许多观察家看来，这一计划是可信的。一方面，帆动力航行已经在太阳系中得到验证。2010年，日本“伊卡洛斯”号探测器成功展开了边长14米的太阳帆，靠着太阳光子的压力在太空中航行。另一方面，探测器微型化的工作也已在美国国家航空航天局展开。这甚至是航天领域的最新革命之一：不再用几十吨重、制造和发射成本高昂的传统卫星执行任务，而是用几千克的小型飞行器（立方体卫星）。有几十颗此类卫星已进入轨道，另外还有很多颗正在准备之中。例如，一颗仅重12千克的太阳帆立方体卫星将在2018年执行小行星开发计划的首次探路任务；另一颗将展开80平方米的太阳帆，以进入绕月轨道……帆动力航行，减轻卫星质量，使制造过程标准化，一次发射数十颗小型模块卫星，这将是未来太空旅行的方法。“突破摄星”计划只是抄袭了这一概念，并把它推向极致。
科学家计划研发10年，建造10年，航行21年，数据传送4年…… 如果一切顺利，2057年人类探测器将首次进入另一个行星系。2061年它傳回的首批图像将出现在地球所有媒体的头条位置。2061年，这几乎是近在眼前了呀！
人人都关注着半人马座α星，终于到了能够考虑前去探索它的时刻。人们终于有可能从近处观察系外世界，触摸它，感受它。终于有一项太空任务能为地球人提供一个真实的对照物了——自20年前首次发现系外行星以来，对系外世界的各种艺术化的想象已填满了我们的脑海。当然，还有对发现外星生命的期待……人类的首次星际旅行已不再是梦！