1亿美元的星际旅行梦

小菲

4月初，物理学家史蒂芬·霍金正式开通了个人微博，在微博里他透露了他的一个最新项目——与尤里·米尔纳启动了“突破摄星”计划 （Breakthrough Starshot），Facebook创始人马克·扎克伯格也加入了该计划的董事会，为“突破摄星”助一臂之力。俄罗斯科技亿万富豪尤里·米尔纳投资了1亿美元到该项目里，用于开发半人马座α星探测器。如果成功，这个飞掠任务将会在发射后20年左右到达半人马座α星（南门二），并发送回来在那个星系中发现的行星的图片。以目前的技术水平，探测半人马座α星至少需要数万年才能抵达。把数万年压缩至这一代人的时间，加上硅谷顶级富豪搭配世界科学巨头的阵容，让这个项目正被全世界关注着。

为什么大家都想去半人马座α星？

在南天星座里，有一个星座像拿着长矛的半人马，腿在奔驰中抬起。马的前蹄有一颗星一直吸引着人类，因为它很明亮，后来人们发现它还离得最近。

早在文字出现的时候，人们已经梦想着进行星际旅行。作为离地球最近的恒星星系，半人马座α星自然是这些梦想的主题，这颗星似乎注定要在我们的未来占有突出地位。

自从科学革命的400年来，一系列日益强大的观测仪让半人马座α星成为焦点。虽然说半人马座α星是离地球最近的星系，但其实还是很遥远，离地球有25万亿英里。半人马座α星的光以高达每秒18.6万英里的超高速照向地球，却仍需超过4年的时间才能到达地球。

几十年来航天工程师一直试图提高太空船的速度，也取得了非凡成就。前不久刚飞掠冥王星的新视野号探测器是目前速度最快的太空船，它一天能飞行100万英里。如果我们用新视野号去探测半人马座α星，它仍需要数万年才能抵达。以现有的推进技术想要进行星际旅行是不可能的。

但是，新的技术正在研发中。

“太空竞赛写在我的名字里”

不久前的一个中午，尤里·米尔纳和霍金一起登上了曼哈顿的自由塔，宣布了投资1亿美元的“突破摄星”科研项目，这是米尔纳“突破计划”里最新的项目，米尔纳希望该项目能证明新的太空探测器只用20年就可以到达半人马座α星。

米尔纳在一次采访中说：“每一个人，包括我自己，之前都认为这在我们这代人有生之年是不可能实现的。”

硅谷的亿万富豪都以支持科学著称，而米尔纳更是尤为让人瞩目。他通过大胆投资社交媒体公司累积了大部分财富，其中包括脸书IPO前8%的股权。米尔纳曾就读于莫斯科国立大学物理专业，年轻时他熟读了艾萨克·阿西莫夫（美国著名科幻小说家、科普作家、文学评论家，美国科幻小说黄金时代的代表人物之一）和卡尔·萨根（美国天文学家、天体物理学家、宇宙学家、科幻作家，和天文学、天体物理学等自然科学方面的科普作家，行星学会的成立者）。2012年，米尔纳身家净值达到数十亿美元，他帮助创立了科学界最丰厚的奖金，三届获奖者每人得到了300万美元奖金，是诺贝尔奖的两倍以上。

米尔纳称自己是太空竞赛的孩子。去年，他为史上最雄心勃勃、财大气粗的搜索地外文明计划（SETI）提供了资金，仔细扫描离地球最近的数百万星寻找智能生命迹象，同时大致扫描银河系中心和附近的几百个星系。

米尔纳说：“太空竞赛写在我的名字里。”跟很多20世纪60年代早期出生的俄罗斯男生一样，米尔纳的名字来自于尤里·加加林——他是人类进入太空轨道的第一人。

今年是人类进行历史性太空飞行55周年，米尔纳通过宣布这个项目来纪念这一盛事。项目总部设在门洛帕克的沙山路，硅谷的金融中心。曾主管美国宇航局最大的研究中心的皮特·沃登将负责该项目的日常运营。

米尔纳希望他投资的1亿美元能研究出一个太空探测器原型并成功将图像发回地球，而图像到达地球的时间将短于五年。

太空探测器的官方版本还没有出来，但米尔纳说探测器将携带200万像素的摄像头和寻星仪，帮助出发前往半人马座α星后辨明方位。探测器的目的地是该星系两颗类太阳恒星之一，他们将锁定该星系的宜居区域的行星（一个或多个）——宜居区域的海水不会沸腾或者结冰，而是会流动，培养被认为是生命起源的复杂化学物质。

当被问起“未来的图景将是什么样子”时，米尔纳说：“工程师告诉我，也许我们能够创造新大陆。”

“突破摄星”计划是个什么概念

米尔纳的“突破摄星计划”让以往星际旅行上的投资相形见绌。2012年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）宣布了其“百年星舰”计划引起轰动，但是该项目预算只有100万美元。与此同时，大多数星际旅行计划理论上接近于幻想，或者实现太昂贵，有些需要的资金以万亿美元计。

米尔纳的突破计划旨在资助高风险高影响力的科研项目，他审查了很多投机项目，最终才选定这一个。星际飞行始终在他的列表上，但他从前认为那是不切实际的。当他开始审查项目的概念，他惊讶地发现“光帆”一直备受推崇，该计划拟通过用强大的激光束打到一块大反光板上，将飞行器推进到宇宙速度。

这个“光帆”点子有着辉煌的历史。在1610那封著名的致伽利略的信里，约翰内斯·开普勒想象了“捕捉天庭微风的船帆”。20世纪，詹姆斯·麦克斯韦指出光可能是这些微风的一种，因为光能推动，它带着能量。儒勒·凡尔纳进一步说光“很可能是机械动力”，能够为星际旅行提供动力。20世纪里有好几位科学家青睐这个点子，部分原因是它不需要在航天器上加载很重的燃料。一些科学家甚至试图详细计算怎么让这个点子变成现实。

米尔纳告诉记者：“用科学严谨阐述这个点子的科学家是罗伯特·福沃德。” 福沃德提出了一个大型的网状光帆，张开宽达一公里。他把这个叫做“starwisp”，设想用一个微波束将其加速到能前往其他星球。

米尔纳觉得福沃德的想法很好，但是不现实。驱动那艘巨大的太空帆船需要的能源几乎相当于我们星球所有能源的总和，因此需要大幅削减飞船的尺寸，重量只能以克来计算。

米尔纳设想这个帆的宽度只有几米，就像一个野餐桌桌面大小的薄光盘。飞船上载有微型电子设备，包括动力源、相机、导航光子推进器，以及通信用的激光器。这些设备一部分将会捆绑在光盘的中心位置，另一部分会分散在帆面。但所有这些设备会是一体化的：如果你看到飞船飞过，它看起来就像是一块扁平的圆形反光板。

米尔纳想发射一艘小的“母舰”，里面载有数百艘这种轻薄得像光盘一样的太空探测器。（他设想最终生产这种探测器的成本会跟一部苹果手机差不多）一旦母舰进入轨道，它会每天派出一艘探测器。探测器会从大型飞船中飞出，启动光子推进器利用地球基地发出的激光束定位。

地球上的激光器会搭建在南半球。米尔纳说：“要把激光器搭建在高山上。”如果有太多的空气或者水蒸气，激光穿透大气层时会被扭曲，智利的阿塔卡马沙漠会是比较适合的地方。不同于极地，阿塔卡马沙漠是地球上最干燥的地区，干旱的山峰高16000英尺，早已是寻求星际交流的胜地。阿塔卡马沙漠最偏远的观测站里装有世界上看得最远的天文望远镜。

会建成毁灭性的超级武器吗？

星际旅行的概念实现是困难的，而投资到星际旅行的研究经费非常少，意味着没有太多的研究经验。星际旅行作为一种亚文化而存在，一小部分工程师和科学家在业余时间写了些不切实际的纯理论论文。

畅销书作家以及“半人马座之梦”博主保罗·吉斯特对米尔纳想在地球架设激光表示惊讶。因为大多数光帆研究都设想把激光架设在宇宙空间，以便获得大量的太阳能。而且在外太空就不需要担心大气湍流扭曲激光束，也不用害怕激光束会在臭氧层烧出一个空洞。

米尔纳却驳回了这个设想。他认为气流问题可以通过适应性光学仪器解决，这是一项尖端技术，能让天文望远镜根据大气扭曲效应实时进行调整。

米尔纳说：“谈论在外太空发射激光的人没有想过政策方面的问题和没有考虑成本。没人会允许你在外太空建造一个能射到地球任何地方的大型激光器，因为它能够造成很大的破坏。”

然而，他认为最大的问题是“我们的文明是否足够成熟来做这些。”他说的“这些”指的是建造一艘可被用作超级武器的星舰。

设在地球的激光器可以通过一座独立的大型发电厂为其供电。发电厂可以是设立在阿塔卡马沙漠的太阳能板阵列，取决于有多少阳光照射在那片荒凉的土地上。太阳能板阵列也许要绵延数十英里，还需要配备足够大的电池来储存电能，供发射世界上最强大的激光炮。

激光团队会小心计算激光器每天的发射时间，以免破坏发射上空飞过的卫星或者飞机。激光发射之后会穿过大气层，打到像光盘一样的太空探测器上，推动它向太阳系边缘飞去。几分钟之后，探测器会加速到光速的几分之一，不到一个小时它就会飞掠火星。第二天，它会飞掠冥王星。（新视野号探测器花了9年时间才飞行了这个距离）当第一艘探测器向柯伊伯带的深处飞去时，母舰会派出第二艘探测器，并飘进激光器的视野里。

“如果有大小合适的电池、太阳能板阵列和发电厂，就能每天发射一次激光炮。”米尔纳说，“然后再次为激光器充电。每天发射一次激光炮，驱动一艘太空探测器，持续一年时间就有数百架太空探测器在宇宙航行了。”

薄如蝉翼的太空船牢固吗？

发射出那么多太空探测器，可以获得更多的数据，当然也包括冗余。又薄又脆弱的探测器在外太空以宇宙速度飞行，撞到任何的星际尘埃它都会损毁。发射数百架太空探测器，也许能保证有一架安全抵达，但即便那样也是未知数。米尔纳这个项目的顾问弗里曼·戴森说，他们也还不清楚恒星之间的黑暗处潜伏着什么，星际介质里也许满是岩石、冰块、星际行星，或者其他一些不明物体，这些都会让前往半人马座α星的旅途比预期艰险。

但最难但还不是上述的问题，戴森认为最难的是如何保持太空船的完整。当把巨大的激光束打到太空船时，会不会直接把太空船炸毁了？”

一艘轻到几乎没有重量的太空船是否能承受巨大的激光束炮击？米尔纳是这样回答的：“太空船需要反射99.9%的激光，不然它会立刻被蒸发掉了。”有很多方法可以保护太空船免被激光烧毁，但那些方法都要显著增加太空船的重量。

专门研究星际旅行的安德烈亚斯·齐奥拉斯表示：“太空船质量往往是个障碍。每当我看到激光束推进研究，他们讲光帆尺寸时都没有提到物理或者机械支撑。他们努力设计出一个大小如同桌面重量却只有1克的光帆，可是一旦给这块帆加入一个支架，像金属网或者钢板，重量就马上变成10千克了。”

米尔纳承认解决上述问题有难度，但他似乎很有信心，他正在想象那个只有几克重的宇宙飞船的样子，船帆薄如蝉翼，也许只由几百个原子组成，电子原件会根据摩尔定律变小。

顺利抵达半人马座α星，然后呢？

即便这个太空探测器能承受强大激光束冲击，并顺利去到半人马座α星，挑战却仍未结束。首先，现在并不清楚半人马座α星里究竟有没有可看的东西。也许半人马座α星的宜居空间里一颗行星都没有，甚至整个半人马座α星里也没有。多亏了正在发生的外星行星革命，很多天文学家都假设大多数恒星周围有行星，但也有例外情况。有些模型显示半人马座α星里的两颗恒星造成重力环境不稳定，不可能形成行星。

不过到了2012年，说没有行星的观点被强烈抨击了，天文学家认为他们看见了一颗行星围绕着像太阳的半人马座α星运行，这个由岩石组成的行星质量跟地球差不多。但去年又有新的数据表明这个发现不太可靠。后续研究也放缓了，因为在地球上看两颗中央恒星靠得太近了，看起来有点模糊，很难进行辨认行星所需要的精细观察。好消息是这两颗恒星的距离正在拉开，几个在外太空和地球的行星探测任务正好赶上了。在2020年之前，我们应该可以知道半人马座α星是否像太阳系一样有自己的世界。

在最理想的情况下，我们可以找到一颗在恒星旁边的蔚蓝星球，让米尔纳的太空探测器拍摄清晰的彩色图像。但发回图像并不容易。此前人类从未跨越星际距离发送数据。太空探测器会用一小束激光来跟地球通讯，但那么微弱的信号也许到达地球就消失了，淹没在宇宙大爆炸后轻微的电磁余辉里。

一些研究人员设想在太空船尾播撒像面包屑一样的信号中继站，以应对星际信号传输的挑战，但很难想象一个这么小的太空船怎么可以做到这点。

其他科学家怎么看？

星际圈的科学家都认为米尔纳投资这笔钱来开发一个光帆计划是明智的。光帆计划的唯一一个替代方案是核聚变推进器，但那就得制造核聚变。齐奥拉斯说：“光子推进器是目前星际技术里未知数最少的。”

米尔纳的团队在设计项目时研究了将会面对的“20大挑战”。“每一个挑战都可能让整个计划失败。但我们找到了一条解决之道，克服每一个问题。”他希望这个计划最终付诸实践时，可以跟那些科研项目标杆相提并论。”他说，“1亿美金会这样用：对这个计划的所有挑战进行广泛的研究;努力证明这个计划可以在我们这代人的有生之年实现。”

然而半人马座α星探测计划只是一系列探测的第一步。在那之后，全球高海拔地区会陆续矗立起巨大的激光器阵列，从加利福尼亚州的怀特山脉、从夏威夷火山口到澳大利亚的内陆，一直到南极。每年激光器都会推进太空探测器前往新的恒星系统。用不了多久，每一颗距离地球不到10光年的星球都可以看到太空探测器的踪迹。随着人类搜索半径的不断扩大，数据返回地球的时间会增加到数十年，这种数据延迟也会产生有趣的效果。数百年之后，随着一波波从星星发回地球的图像，更广阔的宇宙图景会带着生动的细节展现在人类眼前。

那么这种大规模的探测什么时候能实现？米尔纳笑着回答：“那可能要等我们的子孙去完成了。”

（来源：《大西洋月刊》）