霍金的突破攝星計劃可行嗎?

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“突破攝星計劃”,霍金站臺的一項探索計劃,將光帆飛行器加速到光速的20%左右,用幾十年時間飛到並且探查半人馬α三星系統,想法很科幻但是困難重重。

突破實只突破太陽系,攝星指的是拍攝半人馬α三星系統併發回。光這東西雖然照射在人的身上的時候,人感覺不到,但其實仍是可以產生微弱壓力的,相較於一般的化學燃料推進方式,用光推進可以實現飛船的長時間加速,最終獲得比較高的速度,但問題是陽光產生的光壓太小了,隨著探測器向太陽系外飛行,受到的光照更弱,加速效果就可能不理想,科學家的方案是建設激光矩陣,用激光矩陣給微型光帆飛行器加速,這種方式理論上可行,可是激光矩陣的建設費錢,對光帆的材料要求也比較高,都不是短時間內就可以完成的任務。

也還是目前試驗獲得的光壓很小,探測器的體積就很受限制,網絡流傳的模型只有十幾公分長,幾公分寬、高的樣子,但是卻要展開一個面積廣大的光帆,怎麼穿越及光年的距離是個問題,探測器體積太小難以攜帶充足的設備傳遞信息也是問題,所以儘管理論上可以實現,現實中困難重重。很多科學家也對此持懷疑態度,認為這樣計劃基本不可能實現,探測器總的下來至少也得百十克了,將百十克的微型探測器加速到20%光速,耗費的能源會是很多的,加上用激光矩陣的激光不可能100%利用,會有大量能量浪費。

雖然這項計劃沒有任何違揹物理的地方,但現實的問題是建設激光矩陣非常困難,高強度激光是要靠巨量能源消耗維持的,製造符合要求的微型探測器的難度也很大,所需要的研發經費會很多,誰來砸那麼多錢來維持這個沒辦法保證成功率的計劃呢?


來看世界呀


霍金於2016年4月宣佈聯合互聯網投資人,俄羅斯富翁尤里·米爾納啟動的突破攝星計劃,初始投資1億美元。突破攝星項目的目標是開發數千個郵票大小的納米小型太空飛船,飛往離我們最近的恆星系,也就是前面所說的比鄰星所在的三體系統,發回那裡的照片。在宣佈這個計劃的時候,他們的目標是想看看這個三體系統是否包含類似地球的行星,甚至是否存在生命。有趣的是,在他們宣佈之後僅僅4個月,科學家們就發現了比鄰星周圍的那個處於宜居帶的類地行星,難道霍金事先就知道那裡有這顆行星嗎?

這個項目計劃利用地球上的激光器發出的強烈的激光,推動小型飛船速度最終達到20%的光速,這樣在幾十年之內就可以到達目的地,拍攝的照片不到5年就可以傳回地球,這樣我們就可以眼見為實看到太陽系外的行星的第一個照片了,這將是一個革命性的進步,毫無疑問將成為人類探索宇宙的新里程碑!

然而,這個計劃靠譜嗎?很顯然,所需要的技術遠遠超越了目前人類所掌握的技術,因此很多工程技術方面的專家都高度質疑這個計劃的可行性。然而,我所非常佩服的哈佛大學的阿維·勒布(Avi Loeb)教授,也就是提出了利用狹義相對論多普勒效應尋找太陽系外的行星的學者,表示:“突破攝星計劃的確野心勃勃,但並沒有任何背離基本科學原理的地方。”既然不違反科學原理,總是有可能實現的。事實上,很多技術的進步都不是預料中的,很多都是在科學研究中創新發展出來的。從這個角度,我本人非常支持這個計劃。即使最終這個計劃的目標實現不了,但是在這個過程中一定會產生很多新的科學和技術,得到的長期回報一定遠遠高於投入,而這是所有前沿科學和技術研究的共同特徵。

霍金本人說:“什麼是讓人類獨一無二的品質?在我看來,超越極限是我們獨有的品質。今天,我們邁出了駛向宇宙的又一大步,因為我們是人類,我們的本質就是飛翔。”

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張雙南


“突破攝星”計劃,可以說是史無前例的大膽設想,然而,它所面臨的挑戰也是十分巨大的。

首先,為了推動納米飛行器,需要利用激光推進,但這就需要在地面上建設強大的激光源,不斷地跟蹤、照射飛行器,但從這麼遙遠的距離,激光源如何才能一直瞄準這麼小的飛行器?

其次,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。是否能加速到0.2倍光速還不得而知。

再次,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。現在的航天器上都有一個外形像鍋一樣的天線,通過向地球方向發射無線電波,並被地球上的大天線接收,才能把探測到的信息傳回地球。但這種方法,顯然不再適用於納米飛行器,必須研發一種全新的通信體制,既輕便,又能避免能量的快速衰減,否則信號將無法傳遞到地球。

儘管有眾多明星大咖為“突破攝星”計劃站臺,包括大名鼎鼎的霍金教授,但是,霍金在該項目中主要是作為有公眾影響力的科學家,扮演突破攝星計劃“科學代言人”的角色。2015年,米爾納投資1億美元支持地外文明搜尋計劃時,同樣邀請霍金加入科學家團隊,目的和操作手段基本相似。但是,霍金和這些明星們卻不會直接參與項目的具體研究。

雖然在一些人看來,“突破攝星”計劃更像是在燒錢,但科學家和成功的投資者都有一些共同的特質,那就是既有一往無前的勇氣,也有嚴細慎實的精神。好奇是人類的天性,科學是被好奇心驅動的。因此,我們有理由樂觀其成,畢竟,對未知世界的探索,總是處於人類創新的前沿。


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