建议前往半人马座阿尔法星的150年之旅[视频]

星际旅行，科幻小说中老生常谈的情节，如果你有闲钱的话，已经可以成为科学事实了。只需花费1亿美元左右，客户就可以购买一枚顶级的商业火箭，乘坐它飞出太阳系。但耐心是关键。如果明天开往最近的停靠港比邻星b这颗与地球质量相当的潜在宜居行星最近在距我们4光年的半人马座阿尔法星系中被发现，这枚火箭需要8万年才能到达。

去年4月，亿万富翁企业家尤里·米尔纳(Yuri Milner)没有花1亿美元在一艘驶向星星的慢船上宣布他会用同样的钱在人类有生之年开辟一条通往半人马座阿尔法星的新道路。被称为突破Starshot该倡议呼吁基本上放弃火箭，转而使用“光帆”，即游丝般薄的反射片，一旦在太空中展开，就可以通过激光束推进到非常高的速度。Starshot的初步计划最早在本世纪40年代，利用常规火箭在地球轨道上放置数千个重1克、宽4米的光帆。每个帆都将嵌入一个一厘米宽的芯片，其中包含摄像头、传感器、推进器和电池。从地球轨道出发，每艘羽状重量的航天器将被地面上100亿瓦激光阵列发出的一分钟长的脉冲以20%光速推进，飞向半人马座阿尔法星。这次星际穿越只需要20年多一点的时间，所以探测器可以在本世纪60年代到达半人马座阿尔法星。

但如此高的速度代价高昂。即使是最保守的估计，Starshot的成本也远远超过米尔纳最初的1亿美元投资——几十年的项目很容易就会花费100亿美元，也许更多，这主要是由于建造地基激光阵列的巨大开支。可能需要政府援助和国际合作。此外，在20年的航行中幸存下来的光帆将在一瞬间穿过半人马座系统，移动速度如此之快，他们只有几秒钟的时间从比邻星b和可能存在的任何邻近行星上捕捉高质量的特写图像和其他数据。当光帆在恒星之间的黑暗中坠落得更深时，它们将尝试用不比普通手机信号更强的激光束将宝贵的发现传回地球。

驶向星星的慢航

一些批评人士说，这些问题使得Starshot冲向半人马座阿尔法星看起来像是一项糟糕的投资。德国独立研究员迈克尔·希普克(Michael Hippke)说:“当我们读到有关Starshot的报道时，我们发现花这么多钱进行一次飞行任务是一种浪费，飞行已经进行了几十年，而拍摄几张照片的时间只有几秒钟。”希普克与René海勒合作，他是位于Göttingen的马克斯普朗克太阳系研究所的天体物理学家，希普克已经开发了一个替代的任务剖面，他说可以用一小部分的成本提供更大的科学回报。海勒和希普克建议使用星光，而不是使用价值数十亿美元的激光阵列来推动小光帆以相对速度进行一次性飞越发射更大的帆，进行更悠闲的旅行，将它们带到半人马座阿尔法星系的所有三颗恒星，并将它们停在轨道上。他们的发现于2月1日出版《天体物理学杂志快报。

他们的建议的关键不仅是利用阳光来加速向外的光帆，而且还要依靠半人马座阿尔法星在旅程终点的三颗恒星的光和引力。海勒和希普克计算出，一个令人难以置信的低密度帆，约100克，但分散在10万平方米(大约15个足球场!)可以做到这一点。基于材料科学的快速发展，这种帆的建造似乎是可能的。当它接近吸收更多恒星辐射压力时，逐步调整它的角度，这个帆就会释放出足够的速度，以便被系统内的轨道捕获。

到达比邻星b可能适合人类居住的星球,这些“photogravitational助攻相反需要首先发送光帆俯冲极快地接近明亮,类日恒星半人马座阿尔法星和B-even尽管他们离我们近二万亿公里远比比邻星b较小的,暗恒星,比邻星。这是因为来自半人马座阿尔法星A和B的更大的辐射压力提供了更多的减速，因此对任何瞄准该系统的光帆来说都是更快的接近。但这对双星的辐射压力有其局限性;如果海勒和希普克的10万平方米的光帆的速度超过光速的4.6%，它就会超过系统。总的来说，他们设想用将近一个世纪的时间航行到半人马座阿尔法星A和B，然后再用半个世纪的时间航行到最终目的地——比邻星的稳定轨道上。

海勒说:“你需要旅行的时间大约是‘摄星’20年任务的7倍，但作为回报，你将获得数年或数十年的近距离探测，而不是仅仅几秒钟。”海勒补充说，比较两种情况下的探索时间与旅行时间的比率，“Starshot可以使用任务生命周期的一亿分之一来进行原位科学研究，而我们可以使用百分之一的数量级——或者一百万倍以上。”此外，通过使用阳光来启动帆，新提议免除了数十亿美元的十亿瓦级激光阵列的需要。

即便如此，他们提议的150年航行也不可能明天开始。海勒和希普克的提议利用了一种罕见的半人马座阿尔法星的结构，这种结构每80年才出现一次，它们的轨道在一个平面上对齐，与任何来自我们太阳系的探测器的轨道相交。半人马座阿尔法星系80年的“三连冠”下一次将在2035年出现，对于任何可以想象的从地球发出的光帆接近该星系的任何地方来说，这还为时过早;相反，海勒和希普克认为，更现实的目标可能是2115年之后的对齐。

海勒说，由于比邻星的辐射压力较弱，制动能力较弱，因此将他们的帆直接发射到比邻星需要更慢的星际速度，将总旅行时间提高到近1000年。

请耐心

对希普基来说，一个在半人马座阿尔法星轨道上结束的多代任务是值得等待的，即使他再也看不到它的返回。“我们的孩子和孙辈将收到这些来自太空探测器的惊人照片。想象一下外星河流、火山，也许还有奇异的生命!”希普克说，选择一个世纪尺度的任务也为探索附近的其他明亮恒星提供了可能性。例如，大质量的天狼星距离我们的距离是半人马座阿尔法星的两倍多一点，但因为它发出的光比太阳亮25倍，它提供了更强的辐射压力制动效应，让光帆以更高的速度接近。如果不考虑其他因素，将光帆发射到许多附近恒星的轨道上的可能性表明，这是继Starshot更为紧迫的任务目标之后的一个自然的下一代、长期的后续行动。

尽管有这些好处，但哈佛大学天文学家、“突破摄星”科学咨询委员会主席阿维•勒布仍然不相信，与Starshot的计划相比，这个替代方案有现实优势，即使用十亿瓦级激光推动小帆飞向恒星。“在利用星光达到相对论速度的过程中，我们必须使用一个非常薄的帆，”Loeb说，并注意到阳光的微弱推力需要相应的低密度光帆。Hippke和海勒说,他们航行在理论上可以由重量轻,高强度材料如石墨烯,但勒布问题是否制作和使用few-atoms-thick 100000平方米的石墨烯的星际探测器会更容易比构建一个庞大的激光阵列。“这样的表面比它要反射的光的波长要薄几个数量级，因此它的反射率会很低，”勒布说。“在保持帆材料的刚性和反射率的同时，将重量减少这么多个数量级似乎是不可行的。”换句话说，一个10万平方米的石墨烯帆可能太过脆弱而无法真正飞起来。此外，Starshot计划飞行数千个帆，而不仅仅是一个——即使每次成功的星际穿越只产生几秒钟的近距离观测，它们也可以在多次连续的飞越中迅速积累。

勒布说，也许最大的问题是，为几代人制定的雄心勃勃的计划是否真的能够经受住不可避免的人类死亡的考验。他说:“如果忽略了旅程的持续时间，人们总是可以用常规火箭在8万年内到达半人马座阿尔法星，而且成本非常低廉。”“但为Starshot工作的人更有雄心。我们希望在有生之年实现这一目标。”