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宇宙的浩瀚不仅给我们带来乐趣,同时也给我们探索它带来巨大挑战。星际太空探险,哪怕是去最近的恒星,真的可能吗?宇宙的浩瀚不仅给我们带来乐趣,同时也给我们探索它带来巨大挑战。以人类探测器现有的速度,穿越那些极其遥远的距离将需要花费很长时间。
迄今人类探测器能抵达的最远地方是太阳系之外。目前,最遥远的人造卫星是1977年为研究气候、磁场及木星、土星光环而发射的旅行者1号探测器,距太阳大约12.5亿英里。
即使飞船以每小时38,000英里的速度飞速逃离太阳系(大约是光速的0.0057%),旅行者1号探测器仍将与深空网络保持通讯直至大约2025年其核能耗尽时为止。紧随其后的先驱者10号和旅行者2号飞船也在各自的逃逸轨道上。
人类持续发射探测器为我们带来遥远邻近星球的信息。2015年7月,新视野号探测器第一次传回冥王星的详尽图片。查阅记录,2015年7月朱诺宇宙飞船经历5年飞行到达木星以探测其起源和进化。尽管距木星最近距离仍有365万英里之遥,但仍然是一项非常了不起的壮举,太阳系各行星间的距离与我们离太阳之外最近恒星的距离相比是微乎其微的。
半人马座阿尔法星系是离我们最近的星系,距离地球4.4光年之遥(超过25万亿英里或是地球与木星间距离的7万倍)。因此,即使以比目前宇宙飞船速度显著提高的光速飞行,探测器需要四年才能到达半人马座阿尔法星的三星系统。如果以我们宇宙飞船的通常速度飞行,或大约17,600英里/小时的速度,则需要16.2万年才能达到我们最近的星系。即使以新视野号的高速度飞行,飞船(需9.5年到达冥王星)也将需要7.5万年才能完成飞行。因此,我们真的有希望将宇宙飞船发射到那儿吗?
一项名为突破摄星的新提案正准备实施此项计划。
突破摄星
你也许还记得俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳慷慨资助搜索智能外星通信的突破倾听项目,或者他投资的其他突破性项目奖励,比如名为CRISPR-Cas9的基因编辑技术的获奖项目。如今,米尔纳通过名为突破摄星项目再次将投资伸入太空探索领域。
该项目终极目标是发射1,000艘纳米小型飞船(又小又轻的飞船重量仅为1克)至半人马座阿尔法星系。该团队计划测试通过陆基激光矩阵产生十亿瓦特的光束以驱动这些纳米飞船仅用20年时间飞越4.4光年的距离。实际上,从激光发射的入射光(或光子)通过反射将其势能转化为航程。鉴于飞船非常轻(激光束非常强),所以势能能够提供纳米飞船飞行所需的推力。
为了使飞往半人马座阿尔法星系的航程足够快,纳米飞船将以20%光速的速度(约100万英里/小时)飞行. 读者可在油管上观看这种激光的动画视频。
为了启动此项任务,需要更大的火箭将探测器发射至高空轨道。然后,每个探测器将单独运行,分别配有处理基础图像的照相机(原计划是将四台两百万像素的照相机置于一块芯片上)、推进器、动力供应、导航及通信设备包括一个将信息传回地球的一米长可伸缩天线。当然,因为信息传递不可能比光速快,我们接收该任务传回的结果将不得不再等待4.4年。
突破摄星真的能实现吗?
但是,我们能否真能建造成百上千艘飞船而不是一艘?这些飞船超级小以至于不需要巨大的辐射压力就能将其发射至遥远的太空同时也能在高能量的激光束下存活数分钟。我们真能制造出这种激光束,能在如此高能量下将目标统一集中在上万英里之外的超小目标上吗?
为这种可行性而进行的努力正是宣布的投资项目希望致力解决的。尤里·米尔纳领导的团队投资1亿美元开发激光矩阵和纳米飞船的生产。
突破项目董事会除了米尔纳外,还有著名的理论物理学家史蒂芬-霍金和脸书创始人马克-卡克伯格。研究将由美国宇航局艾姆斯研究中心前董事皮特-沃顿领导,由包括安-德鲁彦(艾美尔和皮博迪作者及制片人奖获得者,与后来成为她丈夫的卡尔-萨根合著《宇宙》)和梅-杰米森(第一位进入太空的有色人种女性,太阳系外太空探索活动的领导者)在内的咨询委员会提供协助。
然而,初始1亿美元投资仅能得到一个概念论证。沃特已经预估,如果初期投资成功,则整个项目大概需要100亿美元。这一费用可以比肩目前天体物理学领域类似大型强子对撞机的大规模研究。
尽管整个概念听似牵强,突破摄星的细节还是建立在目前科学家和工程学家正在取得显著进展的若干前沿技术之上。得益于许多非常实际的应用(包括海水淡化),围绕着研发及生产这种纳米飞船上的轻巧型材料(如石墨烯)的产业正在迅速扩张。
行星协会也在通过其公民资助的光帆项目来测试光帆技术。该非盈利团队于2015年6月成功进行了一项飞行测试,目的是尝试将一艘装载大型反射性飞行器的小型宇宙飞船送至绕地球飞行轨道。2016年他们计划进行论证太阳能航行可能性的试射,该发射将借助美国私人航空运输公司SpaceX的猎鹰重型火箭。
登陆半人马座阿尔法星系,我们能获得什么?
我们登陆半人马座阿尔法星系能获得什么呢?对入门者而言,了解我们最近的邻近星系将使我们更好理解人类可居住的世界在浩瀚无穷的宇宙中是多么孤独。我们已知三星星系中存在一颗这样的行星,如果突破摄星项目成为可能,半人马座阿尔法星系绝对是我们深入探索其他太阳系外太空的目标。
该项任务同时也将彻底改变我们与太空旅行并最终与宇宙的关系。基于我们对宇宙的全部认知,人们很容易淡忘我们发射的探测器所能到达的最远距离、太阳系的范围等,当我们将其置于整个可探知宇宙的范围中时,这些都可以忽略不计了。更别说我们迄今仍未飞离距地球23万英里的月球以外。宇宙探索极具挑战性,然而这一挑战将激励人们去探究更多人类与宇宙的关系,甚至激励人们成为科学家或工程师。这一意义很难打上价签。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. quickanddirtytips-迷糊猫- Sabrina Stierwalt
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