去恒星要多久？

載人前往除太陽之外的另一顆恒星？現階段還沒有任何辦法，但我們不妨縱情想象一番。

很多天文迷都想過這樣的問題：前往除太陽之外離我們最近的另一顆恒星，要花多長時間？在一個人的有生之年可不可以？像這樣的旅行，好久才能成為常態？這樣的問題有許多可能的答案，其中一些很簡單，另一些則很科幻。要想得到一個全面的答案，意味著有許多方面需要考慮。

不幸的是，任何現實的評估都可能讓著迷于星際（意思是恒星之間）旅行的人大失所望。太空實在太大，而我們的技術依然很有限。但假如我們張開想象的翅膀，那就有一系列“手段”去往一顆恒星。距離我們最近的恒星是太陽。它是一顆相當“一般”的“主序星”，意思是說它非常穩定，為地球提供的熱量剛好夠生命在地球上的演化?？茖W家現在已經知道，有行星繞著太陽系附近的恒星轉，其中許多恒星與太陽相似（天文學上叫類太陽）。

在未來，如果人類希望離開太陽系，那么有很多顆系外（即太陽系之外的）行星可供我們選擇前往，而且許多系外行星都可能具有支持生命的條件。但我們究竟該去往哪里？要花多長時間才能到那里？請記住，這篇文章完全是在紙上談兵，現階段我們還沒有任何辦法前往系外行星。在這個大前提下，現在就讓我們縱情想象吧！

最近的恒星

距離太陽系最近的恒星是半人馬座毗鄰星，這讓它成為我們前往系外行星時首選的目的地。作為一個三恒星系統——半人馬座阿爾法星系統的一部分，毗鄰星距離地球大約4.22光年。半人馬座阿爾法星實際上是這3顆恒星中最亮的一顆，也與另一顆恒星構成相互近距離環繞的雙星系統，該系統距離地球4.37光年。毗鄰星是這3顆恒星中最暗的一顆。它是一顆紅矮星，距離另外兩顆恒星大約都是0.13光年。

雖然關于星際旅行的許多設想都包含超光速的內容，其中從曲速引擎和蟲洞到跳躍引擎及阿庫別瑞引擎的都有，但這些設想要么具有濃厚的幻想色彩，要么純屬科幻。事實上，任何前往太陽系以外的任務都很可能要花好幾代、好幾十代甚至好幾百代人的時間才能完成，而不可能只花幾天就一蹴而就。讓我們從最慢的太空旅行方式說起，用這種方式，前往毗鄰星要花多久呢？

現行技術

說起到太空中某地要花多長時間這個話題，如果以現有技術和太陽系以內的天體為例，要好說得多。例如，使用為美國宇航局“新地平線號”任務提供動力的技術（有16部推進器，它們由肼單元推進劑提供燃料）前往月球，只需要8小時35分鐘。另一方面，歐洲空間局的“聰靈-1”任務前往月球使用的是離子推進，花了1個月零兩周才到達月球。后來，美國宇航局的“黎明”任務也運用了離子推進探索灶神星。

從比較快速的火箭驅動到節省成本的離子推進，我們已經有一些手段在局部太空來回。另外，我們也可以借助木星或土星引力來為飛船加速。然而，如果我們要思考去往太陽系以外那么遙遠的地方，那么就不得不升級現有技術，并且考慮一些有可能的未來技術。

當我們說到有可能的技術，其實是包含現有技術和雖然現在還沒有、但技術上可行的技術。其中一些技術經過了時間證明，其他一些技術正在浮現或有可能很快出現。但使用這些技術，要想前往太陽系以外的話都很費時。

離子推進

這是眼下最慢的推進形式，但離子引擎的燃料效率最高。幾十年前離子推進還被視為科幻，但近年來，該技術不僅成為了現實，而且大踏步發展?！奥旍`-1”使用的是由太陽能驅動的離子推進器，即把采集自太陽能電池板的電能用來推動霍爾效應推進器?！奥旍`-1”前往月球只用了82千克的氙推進劑。1千克氙推進劑就足以推動每秒45米的變速（太空機動需要飛行器變速）。不難看出，離子推進是一種效率很高的推進方式，但它絕對稱不上快速推進。

1998年，美國宇航局“深空1號”任務采用了離子推進技術來前往波萊利彗星，這也是該技術的最早運用之一?！吧羁?號”飛行器采用的也是氙驅動離子引擎，消耗了81.5千克的推進劑。經過20個月的推進，飛行器在飛近彗星時的速度達到了每小時5.6萬千米。離子推進比火箭技術省錢得多，因為前者每單位推進劑質量產生的推力（簡稱比沖量）要高許多。但要想把飛行器加速到很高的速度，所花時間也要長得多。離子推進能實現的最大速度取決于燃料供應，以及能產生多少電能。

如果離子推進被用于前往毗鄰星，推進器就需要巨大的能量源（核電）和巨量的推進劑（盡管比常規火箭還是要少些）。以81.5千克氙推進劑轉化為每小時5.6萬千米的最大速度來計算，并且不考慮其他任何推進方式（例如借助引力加速），那么“深空1號”要花8.1萬年，即超過2700代人的時間，才能從地球旅行到毗鄰星。當然，如果把離子引擎做得很大，能力也提得很高（即離子排氣速度大大增加），并且有足夠推進劑保持飛行器在途中持續加速，那么旅行時間可能會大大縮短，但也絕對縮短不到一個人有生之年這個范疇。

借助引力

現有最快的太空航行手段是借助引力，即飛行器運用軌道運動（相對運動）和行星引力來改變飛行器的軌道和速度。借助引力是一種非常有用的太空飛行技術，尤其是借助太陽、地球或另一顆大質量行星（例如木星）來提高飛行器的速度。

美國宇航局“水手10號”飛行器率先使用了借助引力。1974年2月，它運用金星引力，把自己彈射到前往水星的軌道。20世紀80年代，美國宇航局“旅行者1號”探測器運用土星和木星的引力彈弓效應，把自己加速到每小時6萬千米的速度，從而進入星際空間。

1976年，美國宇航局發射“太陽神2號”探測器，目的是研究距離太陽0.3～1天文單位的行星際介質。引人矚目的是，“太陽神2號”達到了迄今為止借助引力所實現的最高速度。當時，“太陽神2號”和1974年發射的“太陽神1號”成為距太陽最近的飛行器紀錄保持者。“太陽神2號”是由美國宇航局常規運載火箭“大力神/半人馬座”發射的，它被送入一個偏心率很高的橢圓軌道。在這個周期為190天的太陽軌道中的近日點，“太陽神2號”的最大速度超過每小時24萬千米。這一軌道速度是僅憑太陽的引力作用達到的。“太陽神2號”依然保持迄今為止最快的人造物體紀錄。

如果“旅行者1號”以每小時6萬千米的速度飛向毗鄰星，那么要花7.6萬年（超過2500代人）的時間才能到達。如果它的速度達到“太陽神2號”的每小時24萬千米，那么它依然要花1.9萬年（超過600代人）的時間才能到達毗鄰星。

電磁驅動

科學家提出的另一種可能行得通的星際旅行技術是射頻共振腔推進器，簡稱電磁驅動。這一思路由英國科學家沙耶在2001年提出，他還建立了專門機構來研究怎樣實現這一理念。這一理念的核心是，電磁微波腔能把電能直接轉化為推力。

盡管常規電磁推進器的設計都是為了推動某種類型的質量（例如離子化微粒），電磁推動卻不依賴反應物料，也不發出定向輻射。但電磁驅動理念遭到不少科學家懷疑，主要原因是它違反動量守恒定律。所謂動量守恒，是指一個系統內的動量不變，即動量不會產生也不會消滅，而是通過力的作用發生形式改變。

然而，近年來針對電磁驅動技術的實驗，卻出現了看起來正面的結果。美國宇航局先進推進技術研究團隊2014年7月宣布，他們成功測試了一種電磁推進器新設計。2015年4月，美國宇航局約翰遜太空中心宣布，他們在真空中成功測試了這種電磁推進器，這表明電磁推動在太空旅行中可能行得通。2015年7月，德國德累斯頓太空科學家建造了自己的電磁驅動器，并且觀察到了推力。2010和2014年，中國西北工業大學科學家發表了對電磁驅動技術的系列研究，認為電磁驅動的確行得通。

根據美國宇航局對電磁驅動器雛形的研究結果，配備電磁驅動器的飛行器有可能在不到18個月的時間里從地球飛到冥王星。這僅為“新地平線號”這一行程所花時間的1/6。聽起來很不錯，但就算按照這個速度，配備電磁驅動器的飛行器也要花超過1.3萬年才能從地球飛到毗鄰星。

熱核推進和核電推進

另一種實現行星際旅行的可能性，是使用配備核引擎的飛行器。美國宇航局探索這一理念已有幾十年。在熱核推進火箭中，鈾或氘反應產生的能量被用來加熱反應器內的液態氫，把它變成離子化的氫（等離子體）。等離子體被導引通過火箭噴嘴噴出產生推力。核電推進火箭涉及同樣的基本反應，把熱量和能量轉化為電能，推動電引擎。在這兩種情況下，火箭都依賴核裂變或核聚變（而非依賴化學推進劑）產生推力。而迄今為止，美國宇航局及其他航天機構主要依賴的還是化學火箭。

與化學推進相比，不管是熱核推進還是核電推進都有不少優勢。首先和最明顯的是，與火箭燃料相比，這兩種推進提供的能量密度幾乎無限。第二，核能引擎比沖量高，意味著需要的推進劑總量少，發射重量相對低，任務成本也低些。雖然熱核或核電引擎至今尚未試飛過，但過去幾十年來這方面的設計理念不斷涌現和經過理論論證。這些理念中既包括傳統的固體芯設計，也包括更先進、效率更高的液體芯和氣體芯設計。

美國宇航局科學家估計，使用由核裂變或核聚變驅動的核引擎，當火星最靠近地球時，飛船只需90天就能從地球飛到火星。但是核動力飛船要想從地球飛到毗鄰星的話，仍然要花好幾百年才能加速到光速的1/10左右，此后還得飛好幾十年，在到達目的地之前還得花許多個世紀來減速。也就是說，核動力飛行器至少要花1000年時間才能從地球飛到毗鄰星。如此看來，核動力引擎對于行星際任務來說是誘人的，但對于星際任務來說還是免談了。

總而言之，運用現有技術進行載人星際旅行可以說完全不可能。如果要在一代人的時間內完成載人星際旅行，就需要極端的、目前依然是純理論的技術。雖然蟲洞和跳躍引擎之類的概念到了這一刻仍然純屬科幻，但依然有一些相當前衛的理念這些年來得到過考慮。

核脈沖推進

這是一種理論上可行的技術，由參與曼哈頓計劃的美國數學家尤拉姆在1946年提出。1947年，尤拉姆等人對此理念進行了初步計算。實際的核脈沖項目是“獵戶座”，它從1958年啟動，一直持續到1963年?！矮C戶座”項目的牽頭人是美國著名物理學家泰勒和戴森，他們希望運用脈沖核爆炸能量提供比沖量很高的巨大推力。簡單地說，“獵戶座”的原理就是：一艘大型飛船和源源不斷的熱核彈頭供應；從飛船后部釋放核彈；在飛船尾部擠壓墊的幫助下，飛船駕乘爆震波前進。每次核爆炸后，爆發力都被擠壓墊吸收，轉化為向前的推力。

從現代標準看，“獵戶座”理念可以說很糟糕。但它的一大優點是能達到很高的比沖量，因而節約成本。此外，該理念在理論上能達到很高的速度，甚至達到光速的5%。然而，這一設計的缺點也很突出。首先，如此規模的飛船建造成本很高。根據戴森在1968年的估計，一艘采用氫彈產生推進力的“獵戶座”飛船重達40萬～400萬噸，其中至少1/3的重量是氫彈，每一枚彈頭重量大約為1噸。

總共加在一起，當時根據戴森最保守的估計，“獵戶座”飛船的建造成本高達3670億美元，相當于現在的2.5萬億美元，即美國政府目前年收入的2/3。就算不說核廢料問題，也還得說說輻射問題。事實上，正由于“獵戶座”飛船的輻射極大，這一項目后來被終結。

聚變火箭

另一種核動力飛船設計，是讓火箭依賴熱核反應產生推力。按照這種理念，與美國加州“國立點火設施”的情況相似，使用電子束，通過慣性約束點燃反應堆中的氘/氦3混合彈丸。這種聚變反應堆每秒引爆250粒彈丸，產生高能等離子體，接著由磁噴嘴噴出產生推力。

與依賴核反應堆的火箭相似，這一設計的優勢包括燃料效率和比沖量高。據估計，高能等離子體噴出的速度高達每秒1.06萬千米，遠遠高于常規火箭的速度。此外，該理念在過去幾十年里得到了廣泛研究，科學家在這方面提出了諸多設想。例如，1973和1978年，英國“行星際學會”研究了“代達羅斯計劃”（在希臘神話中，代達羅斯是建筑師和雕刻家，曾為克里特國王建造迷宮）。依賴對核聚變技術的現有知識和現行辦法，該研究呼吁建造一艘兩級不載人科考探測器，把它發射到距離地球5.1光年的巴納德星，行程歷時在一個正常人的壽命范圍內。其中第一級是兩級中較大的一級，它將工作2.05年，把飛船加速到光速的7.1%。這一級隨后被丟棄，此刻第二級引擎點火，在1.8年的時間里把飛船加速至光速的12%。這時，第二級引擎關閉，飛船進入為期46年的巡航階段。

據代達羅斯項目團隊估計，這艘無人飛船要花50年才能到達巴納德星。如果把目的地改為毗鄰星，那么要花36年。當然，這個計劃也有許多鴻溝難以逾越。例如，氦3在地球上很稀缺，因此需要從月球或其他天體上采掘。第二，推動飛船的核反應所要求的能量釋放力度很大，目前的技術根本達不到這個要求。第三，建造這種飛船的成本太高太高。滿載燃料的飛船重量達6萬兆噸（1兆噸為100萬噸）。就算真的能發射如此沉重的飛船（實際上根本不可能），其發射成本也是根本無法負擔的。

簡言之，不僅聚變火箭的成本決定了目前根本不可能生產這樣的火箭，而且建造這種火箭所需的技術也遠遠超過現有技術水平。由公民科學家（其中一些是美國宇航局和歐空局前職員）組建的“伊卡洛斯星際”組織于2009年成立，該組織希望讓聚變火箭等未來推進技術在不遠的將來變得可行。

聚變噴氣推進

這一理念由美國物理學家柏薩德在1960年提出。它其實是標準核聚變火箭的改進版，即使用磁場把氫燃料壓縮到聚變發生點。此外，用巨大的電磁“漏斗”把星際介質中的氫“舀”出來，“倒”進飛船的核反應堆作燃料。隨著飛船加速，反應物質被迫進入一個越來越收縮的磁場，一直被壓縮到熱核聚變發生。磁場導引能量作為火箭排氣通過引擎噴嘴，由此加速飛船。由于無需燃料箱，飛船質量減輕，因此聚變噴氣飛船能達到光速的4%，而且能飛編整個星系。

然而，聚變噴氣推進的缺點也不少。例如，阻力是一個大問題。聚變噴氣飛船依賴速度增加來積累燃料，但隨著飛船與越來越多的星際氫碰撞，飛船可能會減速，這在星系中的稠密區域尤其可能發生。第二，氘和氚（地球上的聚變反應堆用的就是它們）在太空中很罕見，而聚變在宇宙中很豐富的常規氫，則不在目前掌握的技術范疇內。

聚變噴氣推進理念在科幻作品中被大肆渲染。這方面最有名的例子可能要算是美國科幻連續劇《星球旅行》中的“柏薩德采集器”——曲速引擎上的發光艙。而在現實中，人類對聚變反應的認識還需要大大擴展，才有可能造出聚變噴氣飛船。當然，還得想出對抗阻力效應的法子。這顯然也不是近期能實現的。

激光帆

在探索太陽系方面，太陽帆一直被認為是一種節約成本的方式。除了相對便宜和容易建造之外，太陽帆還無需任何燃料。太陽帆及廣義的太空帆不需要火箭推進劑，只需要恒星的輻射壓力，就能把超薄的鏡面式太空帆推進到高速。但對于星際飛行來說，需要聚焦能量束（激光或微波）來推動太空帆達到光速的幾分之一。這一理念最早是由美國物理學家佛華德在1984年提出的，當時他任職于美國休斯飛機研究室。

這一理念保留了太陽帆的好處，即無需機載燃料，但它也利用了這樣一個事實：不像太陽輻射那樣，激光能量幾乎不隨距離的增加而耗散。因此，不僅激光帆假以時日能達到所需的速度，而且其速度僅僅受光速本身限制。根據美國宇航局噴氣推進實驗室先進推進概念研究部主任弗里斯比2000年的一項研究，只需不到10年時間，就能把激光帆加速到光速的一半。他還算出，直徑320千米的激光帆只需12年就能從地球飛到毗鄰星。如果激光帆直徑達到965千米，那么這一時間會減少至9年以內。

然而，為了避免熔化，激光帆必須由先進的復合材料制作。考慮到激光帆的大小，其制作成本高得難以估量。建設與之匹配的激光站的費用，更是高達天文數字，全球各國財政收入加起來也不見得夠。根據弗里斯比的研究，驅動上述超大型激光帆所需的激光強度高達1.7萬太（1太=1萬億）瓦，相當于全球每天的激光總強度，況且激光帆所需的激光必須持續提供很長一段時間，才能把激光帆加速到光速的一半?？傊?，無論是從技術水平還是從建造成本來說，超大型激光帆的建造在今后很長一段時間內都不可行，更不要說用激光帆飛船載人到太陽系以外。

反物質引擎

科幻迷肯定都聽說過反物質。但如果你并不知道什么是反物質，那這里簡單介紹一下：反物質基本上是由反粒子組成的物質；反粒子與基本粒子質量相同，但電荷相反。反物質引擎是這樣一種推進形式：它利用物質和反物質之間的相互作用發電，或者說創造推力。簡言之，反物質引擎涉及氫和反氫粒子的相互猛烈撞擊（湮滅）。這種反應釋放的能量與氫彈相當，另外還要釋放大量亞原子（介子和μ介子）粒子，這些粒子的穿行速度達到光速的1/3，因此可被磁噴嘴引導來產生推力。

反物質火箭的優勢在于，物質/反物質混合體的大部分靜止質量都可能被轉化為能量，這讓反物質火箭比其他任何類型的火箭都有高得多的能量密度和比沖量。不僅如此，控制好這種反應，就能把火箭和飛船的速度提高到光速的一半。反物質飛船將是最快和最省燃料的飛船。常規火箭需要幾噸化學燃料才能把飛船送到目的地，而反物質引擎做同樣的事只需幾毫克燃料。事實上，225克氫和反氫粒子的相互湮滅所釋放的能量，比一枚百萬噸級的氫彈釋放的能量還多。

正是因為這個理由，美國宇航局先進概念研究院一直在研究讓反物質推進成為未來載人火星任務主要推進手段的可能性。不幸的是，如果要考慮通過反物質推進技術去往其他恒星系統，燃料需求量就會猛漲，其成本會高達天文數字，因而完全行不通。

根據弗里斯比等人的估計，如果要前往毗鄰星，一枚兩級反物質火箭需要90萬噸燃料，就能在不到40年的時間里把飛船送到目的地。聽起來真不錯。問題是，雖然僅僅1克反物質就能產生多得令人難以置信的能量，但生產僅僅1克反物質就需要差不多2.5億千瓦的能量，成本超過1萬億美元。目前，全球生產的反物質總量也才不到20納克（1納克等于十億分之一克）。

就算能相對便宜地生產反物質，也需要巨大的飛船來裝載所需的燃料。根據測算，配備反物質引擎的飛船飛行速度能達到光速的50%，因此能只用略微超過8年的時間就從地球飛到毗鄰星。然而，飛船自身重量就會超過4億噸，還需要1.7億噸的反物質。有一種可能的途徑，就是讓飛船創制反物質，把它作為燃料使用。這一被稱為“真空反物質火箭星際探索者系統”的理念，是由“伊卡洛斯星際”組織的科學家提出的。根據該設想，反物質飛船可依賴大型激光（由巨型太陽能電池陣列供電），在真空中發射激光就能產生反物質粒子。

與聚變噴氣推進構想一樣，這一設想解決了讓飛船攜帶燃料的難題，即通過在太空中制造燃料。但同樣，反物質飛船的建造成本以現有技術來說完全無法想象。另外，科學家目前也毫無辦法大量制造反物質。當然也還有輻射問題，因為物質-反物質湮滅會產生高能伽瑪射線。這不僅會威脅飛船上的人（除非有有效防護設施，而防護設施會增加飛船重量、制造成本和建造難度），而且要求對引擎的防護，否則引擎會因為暴露在強輻射面前而發生原子退化?？偠灾m然反物質火箭說起來很美，但以現有技術和預算來說根本就不切實際，屬于空想范疇。

阿庫別瑞曲速引擎

科幻迷肯定對阿庫別瑞曲速引擎（以下簡稱曲速引擎）也不陌生。這一假想由墨西哥物理學家阿庫別瑞在1994年提出，其核心是狂想快于光速的旅行。簡言之，這一理念涉及拉伸波中的時空結構，理論上能造成一個天體前方的空間收縮，后部空間擴張。這個波內的物體（即飛船）能駕乘這個波——“曲速泡”，從而超光速。因為飛船并未在曲速泡內移動，而是被曲速泡牽著走，時空和相對性的制約就不復存在。這里所說的快于光速，只是說飛船能比曲速泡外的光束更快到達目的地。如果一艘飛船能裝備曲速引擎系統，它就能在不到4年時間內從地球飛到毗鄰星。從純理論上說，這是目前最快和最有希望的星際旅行辦法。

很自然地，這些年來科學界對這一構想也是褒貶不一。主要的反對觀點是，曲速引擎沒有考慮量子力學，回圈量子重力理論完全有可能推翻曲速引擎理論。對其中涉及的能量的計算也表明，要使曲速引擎起作用所需要的能量也高得離譜。其他不確定性包括曲速引擎的安全性、對目的地時空的影響以及對因果定律的違背。

不過，美國宇航局科學家懷特等人2012年宣布，他們已經開始研究曲速引擎的可行性。懷特聲稱，他們構建的一臺干涉儀能探查曲速引擎造成的時空脹縮所引起的空間扭曲。2013年，美國宇航局噴氣推進實驗室發表了在真空條件下進行曲速場（次元護盾）研究的結果——“不具有確定性”。隨著時間的推移，或許我們會發現曲速引擎的確違背一項或多項自然定律。就算曲速引擎不違背自然規律，也無法保證它會被用于或能夠被用于快于光速的旅行。

總而言之，如果你希望在有生之年去太陽系以外旅行，那多半沒指望。但如果人類真的感覺有必要建造“星際方舟”，讓飛船上的人生活自給自足，并且真的投巨資、下苦功研發這方面所需的技術，那么再過100年或200年的確有可能成功。而如果沒有建造“星際方舟”的必要，恐怕就不要著這個急，畢竟，相對現實的載人星際旅行思路目前都只是或基本上是屬于科幻范疇。