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突破摄星 能否成行

2016-04-29 07:51 来源:光明日报 郑永春

  就在著名天体物理学家史蒂芬·霍金在中国开通微博的第二天,他宣布自己将参与启动由俄罗斯商人尤里·米尔纳主要支持的“超级”科研项目:“突破摄星”计划。这一大胆的计划拟建造一个激光推进的微型星际飞行器,预计最快用20年抵达离太阳系最近的恒星系统——半人马座阿尔法星。这一计划由美国航空航天局艾姆斯研究中心前总监沃尔登主持,不仅请来霍金这样的科学家“坐镇”,“脸谱”创始人马克·扎克伯格等企业家也参与了该计划。

  这是一项耗费不菲的科学计划,保守估计也要50亿美元。这不是一个国家能够完成的,而其工程设想多少有些“不太靠谱”,不太可能获得政府财政的支持,难怪有人猜测霍金是来中国圈钱的。

  很多伟大的科学成果,都肇始于科学家看似“疯狂”的想法。那么,这个计划可行吗?

  讨论这个问题之前,我们先来说说半人马座阿尔法星。半人马座(Centaurus)阿尔法星包括三颗恒星,分别为半人马座α星A、半人马座α星B、半人马座α星C。其中,半人马座α星A、半人马座α星B靠得很近,是一个双星系统,中国古代称为南门二。半人马座α星C,一般称为比邻星,是距离太阳最近的一颗恒星(4.2光年),恒星分类属于红矮星。很多科幻电影或科幻小说都将其作为星际旅行的目的地,刘慈欣在科幻小说《三体》中也提到了半人马座阿尔法星。

  即使使用目前最先进的航天器,到半人马座阿尔法星也需要万年以上——我们以迄今为止速度最快的“新视野号”为例,它需要14000年以上才能到达半人马座阿尔法星。而“突破摄星”计划提出制造“纳米飞行器”,可以在短短几分钟内加速到光速的五分之一,即每秒钟飞行6万公里。也就是说,“纳米飞行器”能在二三十年内达到半人马座阿尔法星,带去人类信息,也把那里的信息带回地球。

  科学家们设想,“纳米飞行器”主要由两部分构成:计算机芯片大小的“星芯片”和不过几百个原子那么厚的“太阳帆”。其中,仅有数克重的星芯片上携带着摄影、导航和通信等设备。这个“纳米飞行器”的动力来源于激光:科学家先在地球上建造大规模的地基激光发射器,然后发射一个航天器,将数千个“纳米飞行器”带入太空。“纳米飞行器”进入太空后张开光帆,地面上的激光发射器聚焦激光束,发射强大能量的激光,把激光打在光帆上,提供“纳米飞行器”飞行的动力。

  从理论上说,这个计划是可行的,但在工程技术上,实现难度很大。

  难点之一:激光推进需要在地面建设强大激光源,不断地跟踪、照射飞行器。但如何做到让地球上激光源一直瞄准太空中这么小的“纳米飞行器”?

  难点之二:光的能量与距离平方成反比,随着飞行器离地球越来越远,激光所能提供的动能也会迅速衰减。“纳米飞行器”能获得足够的能量飞行4光年吗?

  难点之三:即便“纳米飞行器”真的飞到了比邻星,如何把信息传回来?现在航天器上都有一个外形像锅一样的天线,向地球方向发射无线电波,然后被地球上的大天线接收。这种方法显然不适用于小巧的“纳米飞行器”。那么,我们需要一种全新的通信技术,既轻便、又能避免能量的快速衰减。目前,还不知道这种通信技术是什么。

  尽管有这么多困难,我们还是不得不佩服这些科学家和他们的支持者。就说这一项目最大的“金主”米尔纳,他就是那个牵头成立科学突破奖的人,300万美元的奖励远远超过诺贝尔奖。我国科学家王贻芳带领研究团队因在中微子研究中的贡献,去年分享了基础物理学突破奖。2015年,米尔纳更是拿出1亿美元资助地外文明搜寻计划,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(Frank Drake)、系外行星发现者杰弗里·马西(GeoffreyMarcy)组成阵容豪华的科学家团队,目的只为寻找外星人。

  或许,我们不应对这一计划的结果抱有太多苛求。人类对自然界的认识,不就是在设想—验证—再设想—再验证的循环中不断进步的吗?只做“可预见成功”的科研,我们就只能复制别人的成功。当然,科学既需要大胆假设,也需要小心求证、审慎实施。对这一计划,我们有理由期待,无论结果如何,都将使人类对未知世界的探索更进一步。

  

(责任编辑:王蔚)

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