1億美元的星際旅行夢

小菲

4月初，物理學家史蒂芬·霍金正式開通了個人微博，在微博里他透露了他的一個最新項目——與尤里·米爾納啟動了“突破攝星”計劃 （Breakthrough Starshot），Facebook創始人馬克·扎克伯格也加入了該計劃的董事會，為“突破攝星”助一臂之力。俄羅斯科技億萬富豪尤里·米爾納投資了1億美元到該項目里，用于開發半人馬座α星探測器。如果成功，這個飛掠任務將會在發射后20年左右到達半人馬座α星（南門二），并發送回來在那個星系中發現的行星的圖片。以目前的技術水平，探測半人馬座α星至少需要數萬年才能抵達。把數萬年壓縮至這一代人的時間，加上硅谷頂級富豪搭配世界科學巨頭的陣容，讓這個項目正被全世界關注著。

為什么大家都想去半人馬座α星？

在南天星座里，有一個星座像拿著長矛的半人馬，腿在奔馳中抬起。馬的前蹄有一顆星一直吸引著人類，因為它很明亮，后來人們發現它還離得最近。

早在文字出現的時候，人們已經夢想著進行星際旅行。作為離地球最近的恒星星系，半人馬座α星自然是這些夢想的主題，這顆星似乎注定要在我們的未來占有突出地位。

自從科學革命的400年來，一系列日益強大的觀測儀讓半人馬座α星成為焦點。雖然說半人馬座α星是離地球最近的星系，但其實還是很遙遠，離地球有25萬億英里。半人馬座α星的光以高達每秒18.6萬英里的超高速照向地球，卻仍需超過4年的時間才能到達地球。

幾十年來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探測器是目前速度最快的太空船，它一天能飛行100萬英里。如果我們用新視野號去探測半人馬座α星，它仍需要數萬年才能抵達。以現有的推進技術想要進行星際旅行是不可能的。

但是，新的技術正在研發中。

“太空競賽寫在我的名字里”

不久前的一個中午，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”科研項目，這是米爾納“突破計劃”里最新的項目，米爾納希望該項目能證明新的太空探測器只用20年就可以到達半人馬座α星。

米爾納在一次采訪中說：“每一個人，包括我自己，之前都認為這在我們這代人有生之年是不可能實現的。”

硅谷的億萬富豪都以支持科學著稱，而米爾納更是尤為讓人矚目。他通過大膽投資社交媒體公司累積了大部分財富，其中包括臉書IPO前8%的股權。米爾納曾就讀于莫斯科國立大學物理專業，年輕時他熟讀了艾薩克·阿西莫夫（美國著名科幻小說家、科普作家、文學評論家，美國科幻小說黃金時代的代表人物之一）和卡爾·薩根（美國天文學家、天體物理學家、宇宙學家、科幻作家，和天文學、天體物理學等自然科學方面的科普作家，行星學會的成立者）。2012年，米爾納身家凈值達到數十億美元，他幫助創立了科學界最豐厚的獎金，三屆獲獎者每人得到了300萬美元獎金，是諾貝爾獎的兩倍以上。

米爾納稱自己是太空競賽的孩子。去年，他為史上最雄心勃勃、財大氣粗的搜索地外文明計劃（SETI）提供了資金，仔細掃描離地球最近的數百萬星尋找智能生命跡象，同時大致掃描銀河系中心和附近的幾百個星系。

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

今年是人類進行歷史性太空飛行55周年，米爾納通過宣布這個項目來紀念這一盛事。項目總部設在門洛帕克的沙山路，硅谷的金融中心。曾主管美國宇航局最大的研究中心的皮特·沃登將負責該項目的日常運營。

米爾納希望他投資的1億美元能研究出一個太空探測器原型并成功將圖像發回地球，而圖像到達地球的時間將短于五年。

太空探測器的官方版本還沒有出來，但米爾納說探測器將攜帶200萬像素的攝像頭和尋星儀，幫助出發前往半人馬座α星后辨明方位。探測器的目的地是該星系兩顆類太陽恒星之一，他們將鎖定該星系的宜居區域的行星（一個或多個）——宜居區域的海水不會沸騰或者結冰，而是會流動，培養被認為是生命起源的復雜化學物質。

當被問起“未來的圖景將是什么樣子”時，米爾納說：“工程師告訴我，也許我們能夠創造新大陸。”

“突破攝星”計劃是個什么概念

米爾納的“突破攝星計劃”讓以往星際旅行上的投資相形見絀。2012年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布了其“百年星艦”計劃引起轟動，但是該項目預算只有100萬美元。與此同時，大多數星際旅行計劃理論上接近于幻想，或者實現太昂貴，有些需要的資金以萬億美元計。

米爾納的突破計劃旨在資助高風險高影響力的科研項目，他審查了很多投機項目，最終才選定這一個。星際飛行始終在他的列表上，但他從前認為那是不切實際的。當他開始審查項目的概念，他驚訝地發現“光帆”一直備受推崇，該計劃擬通過用強大的激光束打到一塊大反光板上，將飛行器推進到宇宙速度。

這個“光帆”點子有著輝煌的歷史。在1610那封著名的致伽利略的信里，約翰內斯·開普勒想象了“捕捉天庭微風的船帆”。20世紀，詹姆斯·麥克斯韋指出光可能是這些微風的一種，因為光能推動，它帶著能量。儒勒·凡爾納進一步說光“很可能是機械動力”，能夠為星際旅行提供動力。20世紀里有好幾位科學家青睞這個點子，部分原因是它不需要在航天器上加載很重的燃料。一些科學家甚至試圖詳細計算怎么讓這個點子變成現實。

米爾納告訴記者：“用科學嚴謹闡述這個點子的科學家是羅伯特·福沃德。” 福沃德提出了一個大型的網狀光帆，張開寬達一公里。他把這個叫做“starwisp”，設想用一個微波束將其加速到能前往其他星球。

米爾納覺得福沃德的想法很好，但是不現實。驅動那艘巨大的太空帆船需要的能源幾乎相當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，重量只能以克來計算。

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

米爾納想發射一艘小的“母艦”，里面載有數百艘這種輕薄得像光盤一樣的太空探測器。（他設想最終生產這種探測器的成本會跟一部蘋果手機差不多）一旦母艦進入軌道，它會每天派出一艘探測器。探測器會從大型飛船中飛出，啟動光子推進器利用地球基地發出的激光束定位。

地球上的激光器會搭建在南半球。米爾納說：“要把激光器搭建在高山上。”如果有太多的空氣或者水蒸氣，激光穿透大氣層時會被扭曲，智利的阿塔卡馬沙漠會是比較適合的地方。不同于極地，阿塔卡馬沙漠是地球上最干燥的地區，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的觀測站里裝有世界上看得最遠的天文望遠鏡。

會建成毀滅性的超級武器嗎？

星際旅行的概念實現是困難的，而投資到星際旅行的研究經費非常少，意味著沒有太多的研究經驗。星際旅行作為一種亞文化而存在，一小部分工程師和科學家在業余時間寫了些不切實際的純理論論文。

暢銷書作家以及“半人馬座之夢”博主保羅·吉斯特對米爾納想在地球架設激光表示驚訝。因為大多數光帆研究都設想把激光架設在宇宙空間，以便獲得大量的太陽能。而且在外太空就不需要擔心大氣湍流扭曲激光束，也不用害怕激光束會在臭氧層燒出一個空洞。

米爾納卻駁回了這個設想。他認為氣流問題可以通過適應性光學儀器解決，這是一項尖端技術，能讓天文望遠鏡根據大氣扭曲效應實時進行調整。

米爾納說：“談論在外太空發射激光的人沒有想過政策方面的問題和沒有考慮成本。沒人會允許你在外太空建造一個能射到地球任何地方的大型激光器，因為它能夠造成很大的破壞。”

然而，他認為最大的問題是“我們的文明是否足夠成熟來做這些。”他說的“這些”指的是建造一艘可被用作超級武器的星艦。

設在地球的激光器可以通過一座獨立的大型發電廠為其供電。發電廠可以是設立在阿塔卡馬沙漠的太陽能板陣列，取決于有多少陽光照射在那片荒涼的土地上。太陽能板陣列也許要綿延數十英里，還需要配備足夠大的電池來儲存電能，供發射世界上最強大的激光炮。

激光團隊會小心計算激光器每天的發射時間，以免破壞發射上空飛過的衛星或者飛機。激光發射之后會穿過大氣層，打到像光盤一樣的太空探測器上，推動它向太陽系邊緣飛去。幾分鐘之后，探測器會加速到光速的幾分之一，不到一個小時它就會飛掠火星。第二天，它會飛掠冥王星。（新視野號探測器花了9年時間才飛行了這個距離）當第一艘探測器向柯伊伯帶的深處飛去時，母艦會派出第二艘探測器，并飄進激光器的視野里。

“如果有大小合適的電池、太陽能板陣列和發電廠，就能每天發射一次激光炮。”米爾納說，“然后再次為激光器充電。每天發射一次激光炮，驅動一艘太空探測器，持續一年時間就有數百架太空探測器在宇宙航行了。”

薄如蟬翼的太空船牢固嗎？

發射出那么多太空探測器，可以獲得更多的數據，當然也包括冗余。又薄又脆弱的探測器在外太空以宇宙速度飛行，撞到任何的星際塵埃它都會損毀。發射數百架太空探測器，也許能保證有一架安全抵達，但即便那樣也是未知數。米爾納這個項目的顧問弗里曼·戴森說，他們也還不清楚恒星之間的黑暗處潛伏著什么，星際介質里也許滿是巖石、冰塊、星際行星，或者其他一些不明物體，這些都會讓前往半人馬座α星的旅途比預期艱險。

但最難但還不是上述的問題，戴森認為最難的是如何保持太空船的完整。當把巨大的激光束打到太空船時，會不會直接把太空船炸毀了？”

一艘輕到幾乎沒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，不然它會立刻被蒸發掉了。”有很多方法可以保護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：“太空船質量往往是個障礙。每當我看到激光束推進研究，他們講光帆尺寸時都沒有提到物理或者機械支撐。他們努力設計出一個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支架，像金屬網或者鋼板，重量就馬上變成10千克了。”

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

順利抵達半人馬座α星，然后呢？

即便這個太空探測器能承受強大激光束沖擊，并順利去到半人馬座α星，挑戰卻仍未結束。首先，現在并不清楚半人馬座α星里究竟有沒有可看的東西。也許半人馬座α星的宜居空間里一顆行星都沒有，甚至整個半人馬座α星里也沒有。多虧了正在發生的外星行星革命，很多天文學家都假設大多數恒星周圍有行星，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境不穩定，不可能形成行星。

不過到了2012年，說沒有行星的觀點被強烈抨擊了，天文學家認為他們看見了一顆行星圍繞著像太陽的半人馬座α星運行，這個由巖石組成的行星質量跟地球差不多。但去年又有新的數據表明這個發現不太可靠。后續研究也放緩了，因為在地球上看兩顆中央恒星靠得太近了，看起來有點模糊，很難進行辨認行星所需要的精細觀察。好消息是這兩顆恒星的距離正在拉開，幾個在外太空和地球的行星探測任務正好趕上了。在2020年之前，我們應該可以知道半人馬座α星是否像太陽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星球，讓米爾納的太空探測器拍攝清晰的彩色圖像。但發回圖像并不容易。此前人類從未跨越星際距離發送數據。太空探測器會用一小束激光來跟地球通訊，但那么微弱的信號也許到達地球就消失了，淹沒在宇宙大爆炸后輕微的電磁余輝里。

一些研究人員設想在太空船尾播撒像面包屑一樣的信號中繼站，以應對星際信號傳輸的挑戰，但很難想象一個這么小的太空船怎么可以做到這點。

其他科學家怎么看？

星際圈的科學家都認為米爾納投資這筆錢來開發一個光帆計劃是明智的。光帆計劃的唯一一個替代方案是核聚變推進器，但那就得制造核聚變。齊奧拉斯說：“光子推進器是目前星際技術里未知數最少的。”

米爾納的團隊在設計項目時研究了將會面對的“20大挑戰”。“每一個挑戰都可能讓整個計劃失敗。但我們找到了一條解決之道，克服每一個問題。”他希望這個計劃最終付諸實踐時，可以跟那些科研項目標桿相提并論。”他說，“1億美金會這樣用：對這個計劃的所有挑戰進行廣泛的研究;努力證明這個計劃可以在我們這代人的有生之年實現。”

然而半人馬座α星探測計劃只是一系列探測的第一步。在那之后，全球高海拔地區會陸續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陸，一直到南極。每年激光器都會推進太空探測器前往新的恒星系統。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器的蹤跡。隨著人類搜索半徑的不斷擴大，數據返回地球的時間會增加到數十年，這種數據延遲也會產生有趣的效果。數百年之后，隨著一波波從星星發回地球的圖像，更廣闊的宇宙圖景會帶著生動的細節展現在人類眼前。

那么這種大規模的探測什么時候能實現？米爾納笑著回答：“那可能要等我們的子孫去完成了。”

（來源：《大西洋月刊》）