星際旅行幾乎是每個孩子的幻想，也是科幻的一大主題，大膽地去探索一個從沒有人去過的星球似乎非常地奇幻。而在現(xiàn)實中，隨著火箭和太空探測器的發(fā)展，我們也會去思考一個問題_星際殖民可以實現(xiàn)嗎？或者說，在這個遙遠的夢想之前，我們是否可以向遙遠的行星發(fā)射探測器，看看那里有什么。
圖片來源_行星宜居性實驗室，波多黎各大學阿雷西博分校
實際上，星際旅行在技術(shù)上是可行的，因為沒有哪個物理定律可以禁止她。但這并不說明她不難，也不說明她在這個世紀就可以實現(xiàn)。星際旅行是非常麻煩的。
飛出太陽系的遠航
某種程度上來說，人類現(xiàn)在已經(jīng)達到星際探索的階段了。目前已經(jīng)有幾個探測器正在遠離太陽系，并且永遠不會回來了。NASA的先鋒計劃，旅行者計劃，和新視野計劃（又稱新地平線）的探測器已經(jīng)開始了她們漫長的旅程。旅行者探測器現(xiàn)在已經(jīng)處在太陽系邊界之外，此邊界是由太陽風粒子所及的范圍定義的，在此邊界之外，太陽風粒子與來自銀河系的其他粒子相比數(shù)量較少。
旅行者1號和2號探測器已經(jīng)處在太陽系之外（圖中央偏右），橢圓所示為太陽風層，被定義為太陽系的邊界。圖源_NASA
現(xiàn)在我們有了星際探索的探測器，她們的速度大概為每小時數(shù)萬英里，聽上去很快。但她們并沒有朝著某個特定的恒星前進，因為之前的任務(wù)設(shè)定只是探索太陽系內(nèi)的行星。如果某個探測器能夠到達離我們最近的恒星比鄰星（距我們約4光年），那也是8萬年以后的事了。
NASA應(yīng)該不會支持這個項目8萬年，而且，當這些飛行器走過一半路程的時候，她們的核能電池就會沒電，她們就會變成一塊在空間中穿梭的廢鐵。這雖然不是無意義地向星際空間中扔垃圾，但可能也不是你想象中的星際航行。
新視野號軌跡
高速飛行器
為了使星際航行更合理，探測器必須飛得更快，至少是光速的十分之一左右。在這樣的速度下，她能夠在幾十年里到達比鄰星，然后在幾年后發(fā)回圖像，發(fā)射探測器的科學家也許還有可能在有生之年看到這些圖像。
但達到這個速度需要相當大的能量。一種方法是在飛行器上裝載很多燃料，但過多的燃料也增加了質(zhì)量，使她更難被加速。有些核動力飛行器的設(shè)計，嘗試的就是這種方法，但這就好像把成千上萬的原子彈塞到一個火箭里一樣不靠譜。也許更有希望的一種想法是，攜帶一定量的能源，然后在旅程中通過其他方法把能源轉(zhuǎn)移給飛行器。比如使用激光，激光輻射可以用來在遠距離上傳輸能量，飛行器如果能接收到這些能量，就能夠繼續(xù)前行。
突破攝星計劃想象圖，以激光照射光帆驅(qū)動飛行器。圖源: scitech europa
這就是突破攝星計劃的主要構(gòu)想，這個計劃的目的是設(shè)計一個能夠在幾十年內(nèi)抵達最近的恒星的飛行器。計劃的大致內(nèi)容是，建造一個100千兆瓦功率的巨大激光器，把激光射向地球軌道上的飛行器。這個飛行器需要配備一個巨大的高反射率太陽帆，當激光照射到太陽帆上并被反彈的時候，光子的動量反向，由于動量守恒，飛行器就獲得了向前的動量。如果我們持續(xù)用這個激光照射飛行器10分鐘，并且希望她達到10分之一光速，那么這個飛行器的重量只能在一克左右。你沒有看錯，這基本只是一個回形針的重量。
物理學家史蒂芬·霍金與投資人尤里·米爾納共同宣布了突破攝星計劃正式啟動
螞蟻的太空船
100千兆瓦的激光器本身就比現(xiàn)存功率最大的激光器還高出好幾個量級，為了讓你感受一下這個量級，100千兆瓦基本就是全外國所有核電站的總?cè)萘俊?/p>
突破攝星計劃激光陣列想象圖，圖源_sciencemag
至于飛行器，她只能像回形針一樣重，但又必須包括攝像機，電腦，電源，電路系統(tǒng)，外殼，一個能夠與地球交流的天線，以及太陽帆。
太陽帆必須接近100_的反射率，因為激光器的功率過于巨大，即使她只吸收激光的一小部分能量，她的溫度也會急劇升高，直接融化掉，對飛行器來說極為不利。
一旦加速到光速的十分之一，真正的旅程就開始了。在40年之內(nèi)，這個飛行器都必須要經(jīng)受住來自星際空間的考驗，她會被很多高速塵埃顆粒撞擊。如果塵埃顆粒很小，在高速下她們就會造成極大的傷害。還有來自太陽或遙遠超新星的宇宙射線（高能粒子），她們在整個旅程中不斷轟擊飛行器，可能會損毀她精細的電路系統(tǒng)。
突破攝星計劃能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？理論上來說可以。就像前面說的那樣，沒有一條物理定律能夠推翻這個計劃的任何一部分，但這并不意味著她不難，在我們現(xiàn)有的技術(shù)水平下，或者未來有可能達到的水平下，甚至可能無法實現(xiàn)。人類真的能夠制造如此小如此輕便的飛行器嗎？能夠制造如此大功率的激光器嗎？飛行器能夠勝任深空中的諸多挑戰(zhàn)嗎？這些問題的答案并非簡單的“能”與“不能”，真正的問題是，人類是否真的愿意花費重金去探尋她們的可能性。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
translate: xeno
author: Paul Sutter - Astrophysicist
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