星际旅行真的可能吗?

小时候,没有光污染,在乡下的老家,即使没有月亮,漫天的繁星也能为你照亮脚下的路。都说好奇心是人类创造力的源泉,随着我们的火箭和太空探测器变得越来越先进,问题来了:我们有希望殖民星球吗?或者,除了那个遥远的梦想,我们能不能至少向外星行星发射太空探测器,让它们告诉我们它们看到了什么?

事实上,星际旅行和探索在技术上是可行的。没有物理定律能完全禁止它。但这并不一定让它变得容易,当然也不意味着我们能在有生之年实现它,更不用说本世纪了。星际旅行真是件麻烦事。

航程向外

如果你有足够的耐心,那么我们已经达到了星际探索的状态。我们有几个航天器在逃逸轨道上,这意味着它们将离开太阳系,再也不会回来。NASA的先驱者任务,旅行者任务,以及最近的新视野号都开始了他们漫长的外太空之旅。旅行者号现在尤其被认为在太阳系之外,也就是太阳发出的太阳风被一般的星系背景粒子和尘埃所取代的区域。

所以,伟大的;我们现在有星际空间探测器在运行。但问题是,它们的速度不会很快。每一个勇敢的星际探险者都在以每小时数万英里的速度旅行,这听起来相当快。它们并不朝着任何特定恒星的方向前进,因为它们的任务是探索太阳系内的行星。但是如果这些宇宙飞船中的任何一艘前往我们最近的邻居,比邻星,仅仅4光年远,它们将在大约8万年后到达它。

我不知道你们怎么想,但我不认为NASA的预算会有这样的时间表。此外,当这些探测器到达任何一个有趣的地方时,它们的核电池将早已耗尽,只是在真空中飞驰而过的无用金属块。如果你仔细想想,这算是一种成功:我们的祖先并不能完成像在星星之间随意扔垃圾这样的壮举,但这可能也不是你想象的星际旅行的样子。

极速赛车手

为了使星际飞行更加合理,探测器必须走得非常快。至少是光速的十分之一。以这样的速度,宇宙飞船可以在几十年内到达比邻星,并在几年后传回照片,这很可能是人的一生。要求任务的始作俑者完成任务真的那么不合理吗?

达到这样的速度需要大量的能量。一种选择是将这些能量作为燃料储存在飞船上。但如果是这样的话,额外的燃料增加了质量,这使得它更难以达到那样的速度。核动力宇宙飞船的设计和草图试图做到这一点,但除非我们想开始制造成千上万颗核弹,只是为了放进火箭,否则我们需要想出其他的主意。

也许最有希望的想法之一是保持航天器的能量来源固定,并在航天器飞行时以某种方式将能量输送到航天器。一种方法是用激光。辐射善于把能量从一个地方转移到另一个地方,尤其是在广阔的空间中。然后宇宙飞船就能捕获这种能量并推动自己前进。

这就是“突破摄星计划”背后的基本理念,该计划旨在设计一艘能够在几十年内到达最近恒星的航天器。在这个项目最简单的大纲中,一个大约1000亿瓦的巨型激光射向地球轨道航天器。那艘宇宙飞船有一个巨大的太阳帆,具有令人难以置信的反射能力。激光从帆上反弹,给飞船提供动力。问题是,一个1000亿瓦的激光只有一个沉重的背包的力量。你没看错。如果我们用激光照射飞船大约10分钟,为了达到光速的十分之一,飞船的重量不能超过1克。

那是一个回形针的质量。

蚂蚁的宇宙飞船

当宇宙飞船以所需的速度飞行时,这就是橡胶与星际道路相遇的地方。激光器本身的功率为1000亿瓦,比我们设计过的任何激光器都要强大很多倍。给你一个规模的概念,1亿千瓦是美国每一个运行的核电站的总装机容量的总和。

飞船的质量必须不超过一个回形针,必须包括一个摄像头、电脑、电源、电路、外壳、一个用于与地球通讯的天线,以及整个光剑本身。

那光剑必须几乎完全反射。如果它吸收了入射激光辐射的一小部分,它就会把能量转化为热量,而不是动量。在1000亿瓦特,这意味着直接融化,这通常被认为是不好的航天器。

一旦加速到光速的十分之一,真正的旅程就开始了。40年来,这个小宇宙飞船将不得不经受星际空间的考验和痛苦。它将受到以如此巨大的速度运动的尘埃颗粒的影响。虽然尘埃非常微小,但在这样的速度下,尘埃能造成难以置信的破坏。宇宙射线是由从太阳到遥远的超新星等一切物体发射的高能粒子,它可以扰乱内部微妙的电路。一旦旅程开始,宇宙飞船就会被这些宇宙射线不停地轰击。

突破摄星可能吗?原则上,是的。就像我上面说的,没有任何物理定律可以阻止这一切成为现实。但是,使用我们目前的技术水平(或对我们的技术不久的将来的合理预测),这并不容易,甚至不可能、不可信,甚至不可行。我们真的能造出这么小又这么轻的飞船吗?我们真的能制造出如此强大的激光吗?这样的任务真的能在深空的挑战中生存下来吗?

答案不是“是”或“不是”。真正的问题是:我们是否愿意花足够的钱去发现是否可能?

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