探望近邻的袖珍飞船

文 柯文采/翻译程思淼

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星际旅行之梦

自从第一枚火箭进入太空以来,梦想到月球或太阳系的其他行星、甚至其他恒星上旅行的人络绎不绝。现在50多年过去了,人类只踏上了月球的土地。主要原因在于,载人飞船实在太昂贵了。程控太空探测器则拜访了我们太阳系中多得多的地方。迄今,无人飞船已经登陆了太阳系内包括金星、火星在内的多颗行星,以及若干卫星、小行星和彗星。另外,在飞往目的地的旅途中,很多飞船还近距离地观察了太阳系中很多其他的天体。

最近的例子是“新视野号”飞船。它去年从冥王星和它的卫星身旁飞过。在飞过冥王星的时候,“新视野号”拍摄了它的第一批冥王星照片,而现在它正以49600千米/小时(13.8千米/秒)的惊人速度远离太阳系而去。它是迄今运动最快的人造航天器。但即便以这样快的速度,它也需要75000年才能到达最近的恒星——距我们4.25光年的比邻星。

“突破射星”计划

宇宙中可能的最快速度是光速(约300000千米/秒)。要拜访离我们最近的恒星和它的行星,宇宙飞船必须以与光速可比的速度飞行才可以。问题在于,把飞船加速到这样高的速度需要很多能量,因此需要很多钱。

为了在21世纪之内实现(通过无人飞船)星际旅行的梦想,2016年4月,一些著名的物理学家(提供智力支持)和商业领袖(提供资金支持)联合提议了一项名为“突破射星”(Breakthrough Starshot)的计划。其中包括著名物理学家斯蒂芬•霍金(Stephen Hawking)、俄罗斯风险投资家尤里•米尔纳(Yuri Milner)和“脸书”(Facebook)首席执行官马克•扎克伯格(Mark Zuckerberg)。

他们计划从地球上发射一艘普通的飞船(母飞船),其中装满成千艘厘米级的袖珍飞船。母飞船进入太空以后会释放这些袖珍飞船,而它们将高速奔赴其他的恒星。使用厘米级飞船的优势在于,比起加速一艘大飞船,加速这些小飞船需要的能量会小一些。这些袖珍飞船将搭载传感器和计算芯片,并且与地球上的科学家保持联络。

这些飞船将利用光帆来推进,而不是火箭。从地球上发射的激光束将使这些袖珍飞船很快加速到光速的20% (60000千米/秒)。凭借这样的速度,到达邻近的恒星只需要20~30年。当这些袖珍飞船各自到达目的地之后,它们将研究那里的行星,并把结果传回地球。 这些信号以光速传播,到达地球又需要4~6年的时间。于是,我们(或者说,至少我们发射的无人飞船)只需短短几十年,就可以对其他的恒星进行实地考察了。对一个人来说,这时间是够长了,不过比起常见的火箭燃料的飞船,这已经快了1000多倍。

2016年4月12日,英国物理学家斯蒂芬•霍金与俄罗斯投资人尤里•米尔纳提出了“突破射星”计划。尤里•米尔纳手持“星际薯片”太空探测器的原型,宣布他将为该项目提供1亿美元。这大约是启动项目所需总资金的1% 。

人们将用强力的激光瞄准“太空薯片”飞船的光帆,使它们加速到光速的20% 。这些激光的功率高达100G (1000亿)瓦特,相当于全英国每天用电高峰时段的总功率。图片来源:U C S B E xperim ental C osm ology G roup

柯文采(Thijs Kouwenhoven)西交利物浦大学数学科学系

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