“突破摄星”计划于2016年提出，尤里·米尔纳投入1亿美元启动经费，斯蒂芬·霍金和马克·扎克伯格给予支持。这个计划希望通过地面上由1亿个激光器组成的大型阵列，释放激光、推动航天器上的光帆，将它加速至光速的五分之一，飞往4.3光年外的半人马座α星。如果计划最终成功实施，这场预期时长20年的星际旅行，将是人造物体首次造访另一个星系。
不过，“突破摄星”计划仍停留在设想阶段，这个计划耗资巨大，地面激光阵列的功率需要达到惊人的每平方米100亿瓦。
Abraham Loeb是哈佛大学天文学系主任，他的另一个身份是“突破摄星”计划咨询委员会的一员。
去年年底，他在家里洗澡时，突然迸发了灵感。太阳每时每刻都在辐射能量，亮度有限的太阳虽能带给地球温暖，却不能用作航天器前进的推动力。但如果是质量更大、更明亮的星体，尤其是超新星爆发时释放的巨大能量，是否足够呢？
于是，Loeb与另一位哈佛大学物理学家Manasvi Lingam合作，计算利用超新星爆发等天文事件，实现星际旅行。
超新星爆发艺术图（图片来源：NASA）
超新星是指恒星演化过程中的一个阶段。超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸度极其明亮，过程中所突发电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月（一般最多是两个月）才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散，并向周围的星际物质辐射激波。
在他们的数学模型中，他们考虑了两种能量收集方式：一类与突破摄星计划相似，通过光帆接收光子，产生前进的推力；另一种则是电帆，通过接收静电力前进。航天器每平方米帆的质量不到0.5克，最初通过化学燃料送至距离天体数百万千米的地方准备就绪。
“光帆”是在飞船装备了一大片光反射材料，利用了恒星的辐射压力驱动并逐渐加速。这项技术的一个主要优点是，它不需要航天器运输自己的燃料供应，而燃料供应通常占航天器质量的大部分。除了太阳辐射外，光帆还可以通过其他方式加速。也就是说光帆可以通过激光阵列或其它恒星辐射来“驱动”。光帆的主要优点是不需要像化学火箭那样携带燃料。
电帆和光帆有点类似，都是利用太阳风，电帆所携带的超导回路会产生电场，而超导回路会通过一个小导线帆来减弱磁场。也就是说电帆依靠带电的恒星风粒子通过电场使它们偏转来传递动量，而光帆依靠恒星发出的光子来传递动量。
因此，恒星的风可以驱动电帆，而恒星发出的电磁辐射驱动光帆。最重要的问题是航天器可以被加速到什么程度。以光帆为例，主要影响因素是天体的亮度。（对于不同类型的事件，还有一些其他影响因素，作者做了相应的校对）常见的超新星爆发亮度相当于太阳的109倍，此时，航天器可以加速到0.15倍光速，已经足够达到相对论性速度了。而最明亮的“极亮型”超新星爆发，亮度可以达到太阳的5×1012倍。如果被航天器盯上，这次爆发可以将它加速至超过0.6倍光速——快了很多，不过还是无法达到极端相对论性速度（什么是相对论性速度？一个物体的能量包含静止质量的能量（也就是熟悉的E=mc2）和动能。一般情况下，静止能量远远大于动能，所以后者几乎可以忽略。而达到相对论性，就是动能足够大——不仅无法忽视，还超过了静止能量。在此基础上，更近一步的是极端相对论性速度。这时物体的动能已经远远大于静止能量了，因此在计算其总能量时，静止能量可以忽略。为了实现这一点，运动速度需要非常接近光速。） 。
还可以更快吗？研究人员发现，对于活跃星系核（即星系中心质量密集且活跃的区域，通常是大型黑洞所在的位置），其经过校正的亮度超过太阳的1015倍，这时航天器速度达到了0.938倍光速，不过呢，还没有达到可以无视静止能量的程度。
对于光帆，不同天体活动能驱动产生的动量，其中γβ=v/(c2-v2)0.5
此外，作者还计算了使用电帆时的结果。航天器的速度量级总体与光帆驱动的相近，不过需要注意的是脉冲风星云——这种星云可以驱使电帆的相对论因子（γ）达到104~105。γ相当于c/(c2-v2)0.5。（其中c为光速）读者稍作计算，便可惊讶地发现，此时航天器的速度已经相当接近光速。
对于电帆，不同天体活动产生的动量
计算结果显示，一次普通的超新星爆发，就足以驱动航天器达到相对论性速度。而对于这两种驱动方式的对比，作者表示，他们更倾向于电帆。要知道，即使是星际空间，也不是空无一物，航天器在行进路线上可能遭到气体或灰尘的威胁，而电帆可以让这些物体偏转方向，保证了航天器的安全。此外，经过漫长的星际旅行，航天器接近目的地时需要减速，而电帆航天器在这一点上也明显强于光帆。
评论：Loeb设计的航天器能够实现吗？
要实现超新星爆发推动的星际旅行，有几个问题需要注意解决：
1）在地球“附近”是否存在恰当的超新星？（如果离地球距离太远无法将航天器送达，如果超新星爆发时间太久就失去了现实意义。）
2）如何准确地预测超新星何时爆发？
3）如何避免航天器被超新星爆炸释放的强大能量摧毁？
https://arxiv.org/pdf/2002.03247.pdf
参考链接：
https://blogs.scientificamerican.com/observations/surfing-a-supernova/
https://www.sciencealert.com/could-we-ride-the-wave-of-a-supernova-to-go-interstellar
閱讀更多 用戶108155098481 的文章
