疯狂计划欲造访太阳系外最近行星

艺术家的幻想比邻星非常美丽。一两代人以后，访问这个星球的使命可能会形成一个更精确的表述。资料来源:ESO/m . Kornesser

那些渴望看到外星世界的人去年收到了一份礼物。2016年8月，研究人员报告发现了一个潜在的生命栖息地——一颗类地行星围绕着距离太阳最近的恒星比邻星运行，距离太阳只有1.3秒，即4.22光年。

这是一个非常有吸引力的星球，有些人甚至认为它不可抗拒。在这颗名为比邻星B的星球上发射一艘宇宙飞船将使人们能够看到太阳系以外的世界。"显然，如果我们能到达最近的恒星系统，这将是一个巨大的进步."加州帕萨迪纳市行星科学与技术协会的执行董事布鲁斯·贝茨说。

到达比邻星的想法不是一个寓言。事实上，在发现这个外星星系之前，一群商业领袖和科学家已经宣布了“突破流星”计划。这项研究将得到俄罗斯投资者尤里·米尔纳1亿美元的资助，以加速相关研究，并开发能够实现此行的空间探测器。

然而，要到达那里并不容易。虽然比邻星B似乎离这个名字不远，但它到地球的距离仍然是目前任何人造探测器能够到达的距离的近2000倍。为了在科学家的一生中实现这一目标，探测器需要达到相当于光速1/5的速度，并在太阳和星际空间中完成极其复杂的航行。此外，当它以每秒60，000公里的速度通过比邻星B时，它需要收集有用的数据，并在4光年内将其传回地球。所有这些都将带来巨大的工程挑战，但项目研究人员表示:这是可能的，现在他们正朝着这个方向努力。

发行

对任何太空任务来说，真正的第一个挑战，如“突破性流星”计划，是提高探测器的星际速度。加州大学圣巴巴拉分校的天体物理学家、项目顾问、管理委员会成员菲利普·鲁本说，传统火箭是绝对不可能的，因为它们无法以燃料的形式储存足够的化学能。“化学物质可能会带你去火星。”他说，“但它永远不会让你到达其他星球。”

所以突破射手专注于控制光线。但是阳光不足以驱动宇宙飞船到达邻近的星系。Betts说这将是一次巨大而笨拙的航行。

该项目的执行主任皮特·沃登建议使用激光阵列形成一束足够强的光束，以推动地球上的一个小型轻型帆船。

突破流星团队计划使用传统火箭将探测器发射到轨道上。然后，地面上的一个100千兆瓦的激光阵列将连续几分钟向船帆发射激光，从而使船帆达到每秒60，000公里的速度。突破性流星计划的负责人说，他们预计激光领域会有新的突破。

探测器

“突破性流星”计划的探测器将不同于以往发射到太空的任何航天器。想象一下，一系列的小型电子设备、传感器、螺旋桨、照相机和电池都集中在一个4米宽的圆形或方形帆的中心约1厘米宽的芯片上，总质量只有1克。探测器越轻，推力增加速度越快。

为了最大化速度和最小化激光对探测器造成的损害，这种光帆需要能够反射几乎所有传输到它的光。目前，能够反射99.999%入射光的薄电绝缘材料已经存在。但是研究人员仍然需要增加产量，降低成本。

不管是什么样的设计，探测器都必须非常坚固。一束100千兆瓦的激光会猛烈撞击它，使它在地球引力的作用下达到数千万倍的加速度。沃登说，在军事试验中，炮弹已经经受住了这种力量，但时间只有一秒钟，而不是激光攻击光帆几分钟。

此外，探测器体积小，成本低，因此它每天可以发射一个或多个轻帆。沃登说，建造探测器的第一步是建造一个能加速到每秒1000公里的原型系统，相当于“突破射手”探测器速度的2%。

旅行

一旦探测器被驱动到光速的1/5，并完成200-300万公里(相当于地球和月球之间距离的5倍)，激光将被关闭。如果一切都很理想，接下来的20年将会非常无聊。

然而，事实上，这个过程也充满了与星际空间中的尘埃、氢原子和其他粒子碰撞的严重风险。为了避免这些风险，突破流星计划在探测器的最前端覆盖至少1毫米厚的保护材料，如铍青铜。

如果探测器没有坠毁，它也可能偏离原来的路线。因此，探测器需要自己的导航和驱动系统，这可以由极轻的放射性同位素驱动，如钚-238核电池发电机。

这些系统将需要基本的人工智能技术来监控横冲直撞的位置，并调整通过光子推进器的路线。“我要告诉人们的是，芯片需要像尼尔·阿姆斯特朗(第一个登上月球的人)和查克·耶格尔(太空英雄)那样做出实时关键决策。纽约哥伦比亚大学的天体物理学家凯勒·沙夫说。

飞走

到2060年，如果一切按计划进行，突破人马座探测器有效载荷的计算机将被唤醒，发出类似地球的声音进行定期状态检查，表明它正在接近人马座比邻星，并准备好进行飞越。

专家们一致认为，最大的限制是拍一张照片来揭示这个星球是否像地球一样有水和绿色植被，但却像火星一样荒凉。同时，如果比邻星B有大气层，装有探测器的分光计将探测其成分，并探索潜在的生命迹象，如氧气、甲烷和更复杂的碳氢化合物。

这个过程包括最严重和未解决的挑战，项目负责人认为这是“卫星摄影的突破”计划:如何使用1瓦的激光将半人马座比邻星的数据传输给地球上热切等待其答复的天文学家，同时允许信号足够强，在4.22光年的太空旅行后被地球接收。鲁本设想在地球上建造一个1公里宽的探测器阵列来捕捉探测器发出的微弱信号。

新能力

与此同时，参与这项研究的专家对该项目持乐观和怀疑态度。华盛顿特区光学协会的首席科学家格雷戈里·夸尔斯说，“我认为在显著提高激光能量和其他所需技术方面存在巨大挑战”。但她补充说，有了公共和私人对光学和材料科学的财政支持，“这些投资将带来回报。”

然而，其他人担心过多的技术壁垒可能会压倒一切。"我对在不久的将来实现这一目标有所保留。"Betts说，“每一项技术似乎都是不可逾越的，但是当把它们推向一个小的光探测器时，将会有巨大的挑战。”

伊卡洛斯星际导航协会的主任安德烈亚斯·齐奥拉斯认为，即使“突破射手”项目到达比邻星B，它也不能提供有用的数据。“以极快的速度，它几乎不可能捕获半人马座比邻星并将其送回地球。”他说。

事实上，天文学家也可以在不发送探测器到最近的星系的情况下了解比邻星。詹姆斯1号微博客望远镜计划于2018年底发射，未来10年将在地面上建造几个巨型望远镜。利用它们，天文学家也可以知道这个星球上是否有生命。

然而，正如天文学家所说，没有什么可以替代到达那里。该任务的支持者说，这也将带来广泛的回报。“我认为‘突破流星’正在巩固科技发展的潜力。”该项目顾问委员会成员、英国《星际争霸》研究项目主任凯尔文·龙(Kelvin Long)表示，“这就像去月球一样。”他说，将探测器驱动到星系附近的激光阵列，可以在几天内将探测器送到太阳系的任何地方，或者在一两周内送入星际介质。

这种能力将使太阳系探索成为常规。"你想怎样把明天的亚马逊包裹寄到火星？"鲁本说，“这将为我们探索太空的方式带来根本性的变化。”(晋南编)

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