北京時間4月13日8點零8分，著名天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金在紐約發(fā)布了一條微博，宣布將啟動一個超級科研項目:建造一個激光推進的微型星際飛行器，預(yù)計最快用20年抵達離太陽系最近的恒星系統(tǒng)--半人馬座阿爾法星(Alpha Centauri)。而這距離霍金在中國開通微博剛剛才一天。
圖1 米爾納和霍金主持新聞發(fā)布會
說到這個半人馬座阿爾法星，好多人不明覺厲，其實半人馬座(Centaurus)阿爾法星包括三顆恒星，分別為半人馬座α星A、半人馬座α星B、半人馬座α星C。其中，半人馬座α星A、半人馬座α星B靠得很近，是一個雙星系統(tǒng)，中國古代稱為南門二。半人馬座α星C，一般稱為比鄰星，是距離太陽最近的一顆恒星(4.2光年)，恒星分類屬于紅矮星。很多科幻電影或科幻小說中提到星際旅行的時候就往往以此作為一個例子。劉慈欣的科幻小說《三體》中也提到了半人馬座阿爾法星。
圖2 半人馬座阿爾法星(Alpha Centauri)包括A、B、C三顆恒星，其中A、B星合稱為南門二，C星特指比鄰星。
圖3 半人馬座α星A、半人馬座α星B靠得很近，是一個雙星系統(tǒng)，中國古代稱為南門二。
4月13日，霍金在中國發(fā)布了第二條微博，他說:“我在紐約向中國的各位問好!在紐約城的一號樓觀景臺，我和尤里?米爾納啟動了“突破攝星”計劃，馬克?扎克伯格也加入了該計劃的董事會，為“突破攝星”計劃助一臂之力。
這個計劃太激動人心了，聽著就讓人心潮澎湃。但該計劃提出的時間就在霍金開通微博的第二天，這不能不讓人懷疑霍金開通微博另有目的?？紤]到實現(xiàn)“突破攝星”計劃需要50億美元以上龐大的資金，讓人聯(lián)想到霍金他們是來中國圈錢了。
實際上，這是一項基礎(chǔ)研究項目，在理論上是可行的，但在工程技術(shù)實現(xiàn)上，是一項大膽的冒險計劃，成功的可能與失敗的風(fēng)險并存。
“突破攝星(Breakthrough Starshot)”計劃由美國宇航局(NASA)艾姆斯研究中心前總監(jiān)沃爾登帶領(lǐng)。背后的金主是俄羅斯互聯(lián)網(wǎng)投資人、擁有粒子天體物理博士學(xué)位的尤里?米爾納。除霍金外、Facebook創(chuàng)始人馬克?扎克伯格也參與了該計劃的監(jiān)督委員會。目前，該計劃已經(jīng)獲得1億美元的經(jīng)費支持。
圖4 米爾納和霍金共同開啟尋找外星人計劃
前幾年，米爾納曾牽頭成立了獎金300萬美元的科學(xué)突破獎，旨在獎勵生命科學(xué)、基礎(chǔ)物理和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的杰出人才，而諾貝爾獎的獎金才100多萬美元。
2015年，米爾納更是拿出1億美元資助地外文明搜尋計劃(SETI)，邀請宇宙大爆炸理論主要貢獻者之一的史蒂芬?霍金、地外文明搜尋計劃創(chuàng)始人弗蘭克?德瑞克(Frank Drake)、系外行星發(fā)現(xiàn)者杰弗里?馬西(GeoffreyMarcy)組成陣容豪華的科學(xué)家團隊，目的只為尋找外星人。地外文明搜尋計劃主要通過租用大型射電望遠鏡，監(jiān)測宇宙中的無線電波，分析其中是否存在地外智慧生命發(fā)射的信號。雖然該計劃已經(jīng)堅持了幾十年，但由于大型望遠鏡租金昂貴，每年只能租到二三十個小時的觀測時間，一直進展緩慢。今后，在米爾納的資助下，地外文明搜尋計劃將長期租用位于西弗吉尼亞州的綠岸望遠鏡和澳大利亞新南威爾斯州的帕克斯望遠鏡，這兩架世界上數(shù)一數(shù)二的射電望遠鏡每年都將有幾個月的時間用來尋找外星人。
“突破攝星”計劃中提出的“納米飛行器”，可以在短短幾分鐘內(nèi)加速到光速的五分之一，即每秒鐘飛行六萬公里。相比之下，迄今為止人類歷史上飛行速度最快的航天器--“新視野號”在飛越木星加速后的峰值速度也僅每秒鐘飛行20公里(每小時7.5萬公里)，以這一速度飛到冥王星就用了10年時間，如果以這一速度飛到比鄰星，則至少需要一萬四千年以上，顯然是人類很難接受的。
因此，米爾納和霍金希望研制速度為光速五分之一的“納米飛行器”，在二三十年內(nèi)就可以飛越4光年以上的距離，主要目的是希望快速抵達離我們最近的另一個恒星系統(tǒng)，去探索那顆恒星周圍的行星，在帶去人類信息的同時，也把那里的信息帶回地球。
“納米飛行器”主要由兩部分構(gòu)成:計算機芯片大小的“星芯片”和不過幾百個原子那么厚的“太陽帆”。其中，僅有數(shù)克重的星芯片上攜帶著攝影、導(dǎo)航和通訊等設(shè)備。
圖5 完全展開后的太陽帆效果圖
按照計劃，科學(xué)家需要先在地球上建造大規(guī)模的地基激光發(fā)射器，然后發(fā)射一個航天器，將數(shù)千個“納米飛行器”帶入太空?！凹{米飛行器”進入太空后張開光帆，地面上的激光發(fā)射器聚焦激光束，發(fā)射強大能量的激光，把激光打在光帆上，提供“納米飛行器”飛行的動力。
這一方案從理論上是可行的，但至少在目前，還沒有能力制造出飛行速度達五分之一光速的飛行器。
圖6 地球上需要建設(shè)巨大的激光發(fā)射器陣列，向太空發(fā)射聚焦激光束。
圖7 地球上發(fā)射功率強大的聚焦激光束，推動太陽帆加速飛行，把“納米飛行器”加速到光速的五分之一。
所謂太陽帆，是靠太陽光的光壓推動帆面，進而提供推力的結(jié)構(gòu)。由于太陽光的光壓很微小，星際旅行所需的太陽帆面積要非常龐大，而且要先把太陽帆折疊起來，用火箭把它帶入太空，然后在太空中展開。太空中沒有任何空氣阻力存在，依靠這種微弱推力能為足夠大面積的太陽帆提供 10e^-55~ 10e^-3g左右的加速度。為了保證航向的正確，還需要調(diào)整帆面張開的角度和方向。
“突破攝星”這個史無前例的大膽設(shè)想面臨的挑戰(zhàn)也是十分巨大的。
難點之一，激光推進需要在地面建設(shè)強大激光源，不斷地跟蹤、照射飛行器，但激光源從遙遠距離怎樣才能一直瞄準這么小的“納米飛行器”?
難點之二，由于光的能量與距離平方成反比，隨著飛行器離地球越來越遠，激光所能提供的動能也會迅速衰減。
難點之三，即便“納米飛行器”真的飛到了比鄰星，如何把信息傳回來也是一個巨大的困難?，F(xiàn)在航天器上都有一個外形像鍋一樣的天線，向地球方向發(fā)射無線電波，然后被地球上的大天線接收，但這種方法顯然不適用于“納米飛行器”。因此需要一種全新的通信體制，既輕便，又能避免能量的快速衰減，否則信號將無法傳遞到地球。
盡管有眾多明星為“突破攝星”計劃站臺，包括大名鼎鼎的霍金坐鎮(zhèn)，但是，霍金和這些明星們卻不會直接參與項目中的具體研究。霍金在該項目中主要是作為有公眾影響力的科學(xué)家，扮演著“突破攝星”計劃“科學(xué)代言人”的角色。米爾納2015年投資1億美元支持的地外文明搜尋計劃，同樣邀請霍金加入科學(xué)家團隊，目的和操作手段基本相似。
雖然在我們看來，米爾納、霍金現(xiàn)在的計劃更像是在燒錢，但成功的科學(xué)家和投資者有共同的特質(zhì)，那就是既需要有一往無前的勇氣，也需要嚴細慎實的精神。好奇是人類的天性，科學(xué)是被好奇心驅(qū)動的。我們有理由期待，畢竟，對未知世界的探索，總是處于人類創(chuàng)新的前沿。
