1億美元的星際旅行夢(mèng)

小菲

4月初，物理學(xué)家史蒂芬·霍金正式開(kāi)通了個(gè)人微博，在微博里他透露了他的一個(gè)最新項(xiàng)目——與尤里·米爾納啟動(dòng)了“突破攝星”計(jì)劃 （Breakthrough Starshot），F(xiàn)acebook創(chuàng)始人馬克·扎克伯格也加入了該計(jì)劃的董事會(huì)，為“突破攝星”助一臂之力。俄羅斯科技億萬(wàn)富豪尤里·米爾納投資了1億美元到該項(xiàng)目里，用于開(kāi)發(fā)半人馬座α星探測(cè)器。如果成功，這個(gè)飛掠任務(wù)將會(huì)在發(fā)射后20年左右到達(dá)半人馬座α星（南門二），并發(fā)送回來(lái)在那個(gè)星系中發(fā)現(xiàn)的行星的圖片。以目前的技術(shù)水平，探測(cè)半人馬座α星至少需要數(shù)萬(wàn)年才能抵達(dá)。把數(shù)萬(wàn)年壓縮至這一代人的時(shí)間，加上硅谷頂級(jí)富豪搭配世界科學(xué)巨頭的陣容，讓這個(gè)項(xiàng)目正被全世界關(guān)注著。

為什么大家都想去半人馬座α星？

在南天星座里，有一個(gè)星座像拿著長(zhǎng)矛的半人馬，腿在奔馳中抬起。馬的前蹄有一顆星一直吸引著人類，因?yàn)樗苊髁粒髞?lái)人們發(fā)現(xiàn)它還離得最近。

早在文字出現(xiàn)的時(shí)候，人們已經(jīng)夢(mèng)想著進(jìn)行星際旅行。作為離地球最近的恒星星系，半人馬座α星自然是這些夢(mèng)想的主題，這顆星似乎注定要在我們的未來(lái)占有突出地位。

自從科學(xué)革命的400年來(lái)，一系列日益強(qiáng)大的觀測(cè)儀讓半人馬座α星成為焦點(diǎn)。雖然說(shuō)半人馬座α星是離地球最近的星系，但其實(shí)還是很遙遠(yuǎn)，離地球有25萬(wàn)億英里。半人馬座α星的光以高達(dá)每秒18.6萬(wàn)英里的超高速照向地球，卻仍需超過(guò)4年的時(shí)間才能到達(dá)地球。

幾十年來(lái)航天工程師一直試圖提高太空船的速度，也取得了非凡成就。前不久剛飛掠冥王星的新視野號(hào)探測(cè)器是目前速度最快的太空船，它一天能飛行100萬(wàn)英里。如果我們用新視野號(hào)去探測(cè)半人馬座α星，它仍需要數(shù)萬(wàn)年才能抵達(dá)。以現(xiàn)有的推進(jìn)技術(shù)想要進(jìn)行星際旅行是不可能的。

但是，新的技術(shù)正在研發(fā)中。

“太空競(jìng)賽寫在我的名字里”

不久前的一個(gè)中午，尤里·米爾納和霍金一起登上了曼哈頓的自由塔，宣布了投資1億美元的“突破攝星”科研項(xiàng)目，這是米爾納“突破計(jì)劃”里最新的項(xiàng)目，米爾納希望該項(xiàng)目能證明新的太空探測(cè)器只用20年就可以到達(dá)半人馬座α星。

米爾納在一次采訪中說(shuō)：“每一個(gè)人，包括我自己，之前都認(rèn)為這在我們這代人有生之年是不可能實(shí)現(xiàn)的。”

硅谷的億萬(wàn)富豪都以支持科學(xué)著稱，而米爾納更是尤為讓人矚目。他通過(guò)大膽投資社交媒體公司累積了大部分財(cái)富，其中包括臉書IPO前8%的股權(quán)。米爾納曾就讀于莫斯科國(guó)立大學(xué)物理專業(yè)，年輕時(shí)他熟讀了艾薩克·阿西莫夫（美國(guó)著名科幻小說(shuō)家、科普作家、文學(xué)評(píng)論家，美國(guó)科幻小說(shuō)黃金時(shí)代的代表人物之一）和卡爾·薩根（美國(guó)天文學(xué)家、天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、科幻作家，和天文學(xué)、天體物理學(xué)等自然科學(xué)方面的科普作家，行星學(xué)會(huì)的成立者）。2012年，米爾納身家凈值達(dá)到數(shù)十億美元，他幫助創(chuàng)立了科學(xué)界最豐厚的獎(jiǎng)金，三屆獲獎(jiǎng)?wù)呙咳说玫搅?00萬(wàn)美元獎(jiǎng)金，是諾貝爾獎(jiǎng)的兩倍以上。

米爾納稱自己是太空競(jìng)賽的孩子。去年，他為史上最雄心勃勃、財(cái)大氣粗的搜索地外文明計(jì)劃（SETI）提供了資金，仔細(xì)掃描離地球最近的數(shù)百萬(wàn)星尋找智能生命跡象，同時(shí)大致掃描銀河系中心和附近的幾百個(gè)星系。

米爾納說(shuō)：“太空競(jìng)賽寫在我的名字里。”跟很多20世紀(jì)60年代早期出生的俄羅斯男生一樣，米爾納的名字來(lái)自于尤里·加加林——他是人類進(jìn)入太空軌道的第一人。

今年是人類進(jìn)行歷史性太空飛行55周年，米爾納通過(guò)宣布這個(gè)項(xiàng)目來(lái)紀(jì)念這一盛事。項(xiàng)目總部設(shè)在門洛帕克的沙山路，硅谷的金融中心。曾主管美國(guó)宇航局最大的研究中心的皮特·沃登將負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的日常運(yùn)營(yíng)。

米爾納希望他投資的1億美元能研究出一個(gè)太空探測(cè)器原型并成功將圖像發(fā)回地球，而圖像到達(dá)地球的時(shí)間將短于五年。

太空探測(cè)器的官方版本還沒(méi)有出來(lái)，但米爾納說(shuō)探測(cè)器將攜帶200萬(wàn)像素的攝像頭和尋星儀，幫助出發(fā)前往半人馬座α星后辨明方位。探測(cè)器的目的地是該星系兩顆類太陽(yáng)恒星之一，他們將鎖定該星系的宜居區(qū)域的行星（一個(gè)或多個(gè)）——宜居區(qū)域的海水不會(huì)沸騰或者結(jié)冰，而是會(huì)流動(dòng)，培養(yǎng)被認(rèn)為是生命起源的復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)。

當(dāng)被問(wèn)起“未來(lái)的圖景將是什么樣子”時(shí)，米爾納說(shuō)：“工程師告訴我，也許我們能夠創(chuàng)造新大陸。”

“突破攝星”計(jì)劃是個(gè)什么概念

米爾納的“突破攝星計(jì)劃”讓以往星際旅行上的投資相形見(jiàn)絀。2012年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）宣布了其“百年星艦”計(jì)劃引起轟動(dòng)，但是該項(xiàng)目預(yù)算只有100萬(wàn)美元。與此同時(shí)，大多數(shù)星際旅行計(jì)劃理論上接近于幻想，或者實(shí)現(xiàn)太昂貴，有些需要的資金以萬(wàn)億美元計(jì)。

米爾納的突破計(jì)劃旨在資助高風(fēng)險(xiǎn)高影響力的科研項(xiàng)目，他審查了很多投機(jī)項(xiàng)目，最終才選定這一個(gè)。星際飛行始終在他的列表上，但他從前認(rèn)為那是不切實(shí)際的。當(dāng)他開(kāi)始審查項(xiàng)目的概念，他驚訝地發(fā)現(xiàn)“光帆”一直備受推崇，該計(jì)劃擬通過(guò)用強(qiáng)大的激光束打到一塊大反光板上，將飛行器推進(jìn)到宇宙速度。

這個(gè)“光帆”點(diǎn)子有著輝煌的歷史。在1610那封著名的致伽利略的信里，約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒想象了“捕捉天庭微風(fēng)的船帆”。20世紀(jì)，詹姆斯·麥克斯韋指出光可能是這些微風(fēng)的一種，因?yàn)楣饽芡苿?dòng)，它帶著能量。儒勒·凡爾納進(jìn)一步說(shuō)光“很可能是機(jī)械動(dòng)力”，能夠?yàn)樾请H旅行提供動(dòng)力。20世紀(jì)里有好幾位科學(xué)家青睞這個(gè)點(diǎn)子，部分原因是它不需要在航天器上加載很重的燃料。一些科學(xué)家甚至試圖詳細(xì)計(jì)算怎么讓這個(gè)點(diǎn)子變成現(xiàn)實(shí)。

米爾納告訴記者：“用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)闡述這個(gè)點(diǎn)子的科學(xué)家是羅伯特·福沃德。” 福沃德提出了一個(gè)大型的網(wǎng)狀光帆，張開(kāi)寬達(dá)一公里。他把這個(gè)叫做“starwisp”，設(shè)想用一個(gè)微波束將其加速到能前往其他星球。

米爾納覺(jué)得福沃德的想法很好，但是不現(xiàn)實(shí)。驅(qū)動(dòng)那艘巨大的太空帆船需要的能源幾乎相當(dāng)于我們星球所有能源的總和，因此需要大幅削減飛船的尺寸，重量只能以克來(lái)計(jì)算。

米爾納設(shè)想這個(gè)帆的寬度只有幾米，就像一個(gè)野餐桌桌面大小的薄光盤。飛船上載有微型電子設(shè)備，包括動(dòng)力源、相機(jī)、導(dǎo)航光子推進(jìn)器，以及通信用的激光器。這些設(shè)備一部分將會(huì)捆綁在光盤的中心位置，另一部分會(huì)分散在帆面。但所有這些設(shè)備會(huì)是一體化的：如果你看到飛船飛過(guò)，它看起來(lái)就像是一塊扁平的圓形反光板。

米爾納想發(fā)射一艘小的“母艦”，里面載有數(shù)百艘這種輕薄得像光盤一樣的太空探測(cè)器。（他設(shè)想最終生產(chǎn)這種探測(cè)器的成本會(huì)跟一部蘋果手機(jī)差不多）一旦母艦進(jìn)入軌道，它會(huì)每天派出一艘探測(cè)器。探測(cè)器會(huì)從大型飛船中飛出，啟動(dòng)光子推進(jìn)器利用地球基地發(fā)出的激光束定位。

地球上的激光器會(huì)搭建在南半球。米爾納說(shuō)：“要把激光器搭建在高山上。”如果有太多的空氣或者水蒸氣，激光穿透大氣層時(shí)會(huì)被扭曲，智利的阿塔卡馬沙漠會(huì)是比較適合的地方。不同于極地，阿塔卡馬沙漠是地球上最干燥的地區(qū)，干旱的山峰高16000英尺，早已是尋求星際交流的勝地。阿塔卡馬沙漠最偏遠(yuǎn)的觀測(cè)站里裝有世界上看得最遠(yuǎn)的天文望遠(yuǎn)鏡。

會(huì)建成毀滅性的超級(jí)武器嗎？

星際旅行的概念實(shí)現(xiàn)是困難的，而投資到星際旅行的研究經(jīng)費(fèi)非常少，意味著沒(méi)有太多的研究經(jīng)驗(yàn)。星際旅行作為一種亞文化而存在，一小部分工程師和科學(xué)家在業(yè)余時(shí)間寫了些不切實(shí)際的純理論論文。

暢銷書作家以及“半人馬座之夢(mèng)”博主保羅·吉斯特對(duì)米爾納想在地球架設(shè)激光表示驚訝。因?yàn)榇蠖鄶?shù)光帆研究都設(shè)想把激光架設(shè)在宇宙空間，以便獲得大量的太陽(yáng)能。而且在外太空就不需要擔(dān)心大氣湍流扭曲激光束，也不用害怕激光束會(huì)在臭氧層燒出一個(gè)空洞。

米爾納卻駁回了這個(gè)設(shè)想。他認(rèn)為氣流問(wèn)題可以通過(guò)適應(yīng)性光學(xué)儀器解決，這是一項(xiàng)尖端技術(shù)，能讓天文望遠(yuǎn)鏡根據(jù)大氣扭曲效應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

米爾納說(shuō)：“談?wù)撛谕馓瞻l(fā)射激光的人沒(méi)有想過(guò)政策方面的問(wèn)題和沒(méi)有考慮成本。沒(méi)人會(huì)允許你在外太空建造一個(gè)能射到地球任何地方的大型激光器，因?yàn)樗軌蛟斐珊艽蟮钠茐摹！?/p>

然而，他認(rèn)為最大的問(wèn)題是“我們的文明是否足夠成熟來(lái)做這些。”他說(shuō)的“這些”指的是建造一艘可被用作超級(jí)武器的星艦。

設(shè)在地球的激光器可以通過(guò)一座獨(dú)立的大型發(fā)電廠為其供電。發(fā)電廠可以是設(shè)立在阿塔卡馬沙漠的太陽(yáng)能板陣列，取決于有多少陽(yáng)光照射在那片荒涼的土地上。太陽(yáng)能板陣列也許要綿延數(shù)十英里，還需要配備足夠大的電池來(lái)儲(chǔ)存電能，供發(fā)射世界上最強(qiáng)大的激光炮。

激光團(tuán)隊(duì)會(huì)小心計(jì)算激光器每天的發(fā)射時(shí)間，以免破壞發(fā)射上空飛過(guò)的衛(wèi)星或者飛機(jī)。激光發(fā)射之后會(huì)穿過(guò)大氣層，打到像光盤一樣的太空探測(cè)器上，推動(dòng)它向太陽(yáng)系邊緣飛去。幾分鐘之后，探測(cè)器會(huì)加速到光速的幾分之一，不到一個(gè)小時(shí)它就會(huì)飛掠火星。第二天，它會(huì)飛掠冥王星。（新視野號(hào)探測(cè)器花了9年時(shí)間才飛行了這個(gè)距離）當(dāng)?shù)谝凰姨綔y(cè)器向柯伊伯帶的深處飛去時(shí)，母艦會(huì)派出第二艘探測(cè)器，并飄進(jìn)激光器的視野里。

“如果有大小合適的電池、太陽(yáng)能板陣列和發(fā)電廠，就能每天發(fā)射一次激光炮。”米爾納說(shuō)，“然后再次為激光器充電。每天發(fā)射一次激光炮，驅(qū)動(dòng)一艘太空探測(cè)器，持續(xù)一年時(shí)間就有數(shù)百架太空探測(cè)器在宇宙航行了。”

薄如蟬翼的太空船牢固嗎？

發(fā)射出那么多太空探測(cè)器，可以獲得更多的數(shù)據(jù)，當(dāng)然也包括冗余。又薄又脆弱的探測(cè)器在外太空以宇宙速度飛行，撞到任何的星際塵埃它都會(huì)損毀。發(fā)射數(shù)百架太空探測(cè)器，也許能保證有一架安全抵達(dá)，但即便那樣也是未知數(shù)。米爾納這個(gè)項(xiàng)目的顧問(wèn)弗里曼·戴森說(shuō)，他們也還不清楚恒星之間的黑暗處潛伏著什么，星際介質(zhì)里也許滿是巖石、冰塊、星際行星，或者其他一些不明物體，這些都會(huì)讓前往半人馬座α星的旅途比預(yù)期艱險(xiǎn)。

但最難但還不是上述的問(wèn)題，戴森認(rèn)為最難的是如何保持太空船的完整。當(dāng)把巨大的激光束打到太空船時(shí)，會(huì)不會(huì)直接把太空船炸毀了？”

一艘輕到幾乎沒(méi)有重量的太空船是否能承受巨大的激光束炮擊？米爾納是這樣回答的：“太空船需要反射99.9%的激光，不然它會(huì)立刻被蒸發(fā)掉了。”有很多方法可以保護(hù)太空船免被激光燒毀，但那些方法都要顯著增加太空船的重量。

專門研究星際旅行的安德烈亞斯·齊奧拉斯表示：“太空船質(zhì)量往往是個(gè)障礙。每當(dāng)我看到激光束推進(jìn)研究，他們講光帆尺寸時(shí)都沒(méi)有提到物理或者機(jī)械支撐。他們努力設(shè)計(jì)出一個(gè)大小如同桌面重量卻只有1克的光帆，可是一旦給這塊帆加入一個(gè)支架，像金屬網(wǎng)或者鋼板，重量就馬上變成10千克了。”

米爾納承認(rèn)解決上述問(wèn)題有難度，但他似乎很有信心，他正在想象那個(gè)只有幾克重的宇宙飛船的樣子，船帆薄如蟬翼，也許只由幾百個(gè)原子組成，電子原件會(huì)根據(jù)摩爾定律變小。

順利抵達(dá)半人馬座α星，然后呢？

即便這個(gè)太空探測(cè)器能承受強(qiáng)大激光束沖擊，并順利去到半人馬座α星，挑戰(zhàn)卻仍未結(jié)束。首先，現(xiàn)在并不清楚半人馬座α星里究竟有沒(méi)有可看的東西。也許半人馬座α星的宜居空間里一顆行星都沒(méi)有，甚至整個(gè)半人馬座α星里也沒(méi)有。多虧了正在發(fā)生的外星行星革命，很多天文學(xué)家都假設(shè)大多數(shù)恒星周圍有行星，但也有例外情況。有些模型顯示半人馬座α星里的兩顆恒星造成重力環(huán)境不穩(wěn)定，不可能形成行星。

不過(guò)到了2012年，說(shuō)沒(méi)有行星的觀點(diǎn)被強(qiáng)烈抨擊了，天文學(xué)家認(rèn)為他們看見(jiàn)了一顆行星圍繞著像太陽(yáng)的半人馬座α星運(yùn)行，這個(gè)由巖石組成的行星質(zhì)量跟地球差不多。但去年又有新的數(shù)據(jù)表明這個(gè)發(fā)現(xiàn)不太可靠。后續(xù)研究也放緩了，因?yàn)樵诘厍蛏峡磧深w中央恒星靠得太近了，看起來(lái)有點(diǎn)模糊，很難進(jìn)行辨認(rèn)行星所需要的精細(xì)觀察。好消息是這兩顆恒星的距離正在拉開(kāi)，幾個(gè)在外太空和地球的行星探測(cè)任務(wù)正好趕上了。在2020年之前，我們應(yīng)該可以知道半人馬座α星是否像太陽(yáng)系一樣有自己的世界。

在最理想的情況下，我們可以找到一顆在恒星旁邊的蔚藍(lán)星球，讓米爾納的太空探測(cè)器拍攝清晰的彩色圖像。但發(fā)回圖像并不容易。此前人類從未跨越星際距離發(fā)送數(shù)據(jù)。太空探測(cè)器會(huì)用一小束激光來(lái)跟地球通訊，但那么微弱的信號(hào)也許到達(dá)地球就消失了，淹沒(méi)在宇宙大爆炸后輕微的電磁余輝里。

一些研究人員設(shè)想在太空船尾播撒像面包屑一樣的信號(hào)中繼站，以應(yīng)對(duì)星際信號(hào)傳輸?shù)奶魬?zhàn)，但很難想象一個(gè)這么小的太空船怎么可以做到這點(diǎn)。

其他科學(xué)家怎么看？

星際圈的科學(xué)家都認(rèn)為米爾納投資這筆錢來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)光帆計(jì)劃是明智的。光帆計(jì)劃的唯一一個(gè)替代方案是核聚變推進(jìn)器，但那就得制造核聚變。齊奧拉斯說(shuō)：“光子推進(jìn)器是目前星際技術(shù)里未知數(shù)最少的。”

米爾納的團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)研究了將會(huì)面對(duì)的“20大挑戰(zhàn)”。“每一個(gè)挑戰(zhàn)都可能讓整個(gè)計(jì)劃失敗。但我們找到了一條解決之道，克服每一個(gè)問(wèn)題。”他希望這個(gè)計(jì)劃最終付諸實(shí)踐時(shí)，可以跟那些科研項(xiàng)目標(biāo)桿相提并論。”他說(shuō)，“1億美金會(huì)這樣用：對(duì)這個(gè)計(jì)劃的所有挑戰(zhàn)進(jìn)行廣泛的研究;努力證明這個(gè)計(jì)劃可以在我們這代人的有生之年實(shí)現(xiàn)。”

然而半人馬座α星探測(cè)計(jì)劃只是一系列探測(cè)的第一步。在那之后，全球高海拔地區(qū)會(huì)陸續(xù)矗立起巨大的激光器陣列，從加利福尼亞州的懷特山脈、從夏威夷火山口到澳大利亞的內(nèi)陸，一直到南極。每年激光器都會(huì)推進(jìn)太空探測(cè)器前往新的恒星系統(tǒng)。用不了多久，每一顆距離地球不到10光年的星球都可以看到太空探測(cè)器的蹤跡。隨著人類搜索半徑的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)返回地球的時(shí)間會(huì)增加到數(shù)十年，這種數(shù)據(jù)延遲也會(huì)產(chǎn)生有趣的效果。數(shù)百年之后，隨著一波波從星星發(fā)回地球的圖像，更廣闊的宇宙圖景會(huì)帶著生動(dòng)的細(xì)節(jié)展現(xiàn)在人類眼前。

那么這種大規(guī)模的探測(cè)什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)？米爾納笑著回答：“那可能要等我們的子孫去完成了。”

（來(lái)源：《大西洋月刊》）