又一個百億美金的挑戰即將上路:讓上千個手機大的探測器飛向星空

好奇心日報

text

【亞太日報訊】你能讓一部 iPhone 手機飛向星空嗎?

據好奇心日報報道,為了躍過行星並跨入到星際時代,本周二,在俄羅斯慈善家、互聯網投資人尤裡·米爾納(Yuri Milner)的帶領下,一群科學家以及來自硅谷等地的名人共同宣布,將要向 4.37 光年之外、距離地球最近的恆星系半人馬座阿爾法星(Alpha Centauri)發射一批比 iPhone 手機還小的自動航天器。這項計劃規模龐大,恐怕要花上幾十年時間以及上百億美元才有可能實現,屆時,一枚火箭會把裝載有上千枚小型探測器的“母艦”送入太空。一旦進入軌道,這些探測器會展開薄帆,然後在地球發射出的強大激光推動下,開始一個接一個地出發,就像一群遷徙的蝴蝶穿行在宇宙中。

兩分鐘之內,這些探測器就將會離開地球至少 60 萬英裡,這是激光可以維持緊密光束狀態的最遠距離,然後它們會以五分之一光速繼續移動。不過要到達半人馬座阿爾法星,還需要 20 年時間。那些順利到達的探測器會掠過該星系,同時進行測量並把照片發射回地球。

這項計劃很可能會耗費大半生的時間。據米爾納和他的同事估計,可能要花 20 年時間才能完成地面上的准備工作,把探測器發射升空,然後再過 20 年讓探測器到達半人馬座阿爾法星,最後還要經過 4 年的時間才能讓來自外太空的信息回到地球。另外,如何吸引到上百億美元的經費也始終是個問題。

54 歲的米爾納在一次采訪中說:“我相信大家都會樂於看到探測器發射的。”他表示醫學方面的進步將會決定自己能否親眼看到最終結果。

米爾納說:“關於星際旅行,我們得出的結論是:可以做到。”周二在紐約的記者招待會上,他把整個項目稱為突破攝星計劃(Breakthrough Starshot),此時距前蘇聯宇航員尤裡·加加林第一次進入太空已經過去了 55 年——米爾納的名字就是為了紀念他而取的。

英國宇宙學家兼作家史蒂芬·霍金( Stephen Hawking)是這個項目委員會的三名成員之一,其他兩人則分別是米爾納和 Facebook 創始人馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)。

霍金博士問道:“是什麼讓人類成為獨一無二的存在?”然後他接著說:“我認為,是不斷去超越我們的極限。”

霍金博士补充道:“现在,我们承诺将进入下一个宇宙大飞跃。这是因为,我们是人类,我们天性热爱飞行。”

这个项目将由彼得·沃登(Pete Worden)来管理,他曾是美国宇航局(NASA)艾姆斯研究中心的前主管。他拥有一个非常出色的顾问阵容,其中包括出任主席的哈佛大学天文学家阿维·洛布(Avi Loeb)、英国皇家天文学家马丁·里斯(Martin Rees)、加州大学伯克利分校天文学家、诺贝尔奖获得者索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)、迷你剧集《宇宙:时空漫游之旅》的执行制作人、卡尔·萨根(Carl Sagan)的遗孀安·德鲁扬(Ann Druyan),以及新泽西州普林斯顿高级研究院的数学家兼作家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)。

沃登博士在一封电子邮件中写道:“这项计划中共有大约 20 个比较关键的挑战,我们希望得到全世界科学家在这些方面的帮助,同时我们也愿意为他们的工作提供资金支持。”

在该项目的官方网页中可以看到一份的详细技术说明。

按照估算,这个项目将要花费 50 到 100 亿美元,米尔纳为研究与开发工作投资了 1 亿美元的初始资金。他表示希望可以吸引到其他投资人,特别是国际投资。沃登博士则表示,美国宇航局和欧洲航天局(European Space Agency)都已经听取了该项目的汇报。

投資中的大部分都將被用於建造一個巨大的激光陣列,它可以反復地向任何恆星發射探測器(只要發射者不指望著很快得到回信的話),或者也可以發射到太陽系內,比如掠過土星土衛二的冰羽層,探索那裡可能存在的微生物。

從某種意義上說,這個太空計劃的開啟體現了硅谷一貫的“不成功,便成仁”風格:不是發射一個大型的、昂貴的航天器去進行長時間的太空旅行,而是發射上千個便宜的。這樣一來,即使其中有一些毀壞了,或是被太空垃圾撞毀,也還有其它完好的取而代之。

星際旅行是一個非常困難的、總是讓人顯得渺小卑微的概念,而半人馬座阿爾法星卻又是一個如此誘人的旅行目的地,它是距離我們最近的一個恆星系,那裡很可能存在行星。這個星系以肉眼看來只有一顆星球,但其實它由三顆恆星組成:彼此環繞運行的半人馬座阿爾法 A 星和半人馬座阿爾法 B 星,以及一顆比鄰星——它可能也在環繞其它兩顆恆星運轉。近些年來,天文學家已經找到足夠的數據表明,可能有一顆與地球大小相當的行星正在環繞半人馬座阿爾法 B 星做軌道運動。

人類已發射的距離最遠的旅行者 1 號(Voyager 1)太空探測器,需要經過 7 萬年以上才能到達半人馬座阿爾法星,當然,它其實並沒有向那個方向走。

多年以來,為了更快地穿越空間,各種各樣的推進方法不斷出台。就在激光器剛剛發明後不久的 1962 年,物理學家兼科幻小說作者羅伯特·福沃德(Robert Forward)就提出,它們可以用於太空航行的帆力推動。

2011 年,美國國防部高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency,簡稱 Darpa)開始著手百年星艦計劃,這是一場關於是否為星際旅行制訂出商業計劃的爭論。

據人們所說,米爾納最初對星際探測器是抱有懷疑態度的。然而,三個看似與太空旅行不相關的發展趨勢以他所謂的“意外方式”組合到了一起,它們分別是納米技術和激光器水平的進步,還有摩爾定律的日益發展讓電路變得體積更小、能量更強大。

現在,用電腦、相機和電源就有可能組裝出一個完整的探測器,它的重量只有一克,也就是三十分之一盎司。

洛布博士說,這就相當於一部 iPhone 手機在剝掉外殼和顯示器之後的內部元件總重量。

電源的能量來源可以使用一種小型的放射源,比如煙霧報警器所使用的主要元素镅。而推進力則來自於打開後可以捕捉到激光射線的箔帆。

激光是項目面臨的所有困難中最危險也是最昂貴的部分。為了使蝴蝶探測器加速到五分之一光速的能量,激光器需要在兩分鐘內產生 100 千兆瓦的能量,順便提一句,這是通過迫使它微小的內部結構產生高達 6 萬倍於正常重力來完成的。洛布博士說,這差不多相當於讓一架航天飛機起飛的能量,或是一座標准核電站 100 倍的輸出量。

要想達到如此高的能量,需要成千上萬個激光器排出約一英裡的陣列,並且以絕對一致的時間點火。

此外,要想讓激光每次都鎖定一個探測器,就需要一種用於修正大氣湍流影響的自適應光學系統——現在天文學家們可以完成跨度是 10 米的陣列(這個大小相當於一台大型望遠鏡的鏡片),但面對跨度一英裡的陣列,他們目前也束手無策。

還要提到的另一個問題,就是有關帆的設計問題,按照要求,探測器的帆必須很小,還要能夠反射激光,但不能吸收任何激光中的能量。哪怕吸收到激光十萬分之一的能量,都會讓帆蒸發掉。

還有一個挑戰或許只能靠想像,那就是,沒人知道攝星艦隊將會發現什麼。

洛布博士說:“尋找和前去拜訪是很不一樣的。”

正如他在談到近期的物理實驗時所說:“自然告訴我們,它的想像力遠比我們的豐富得多。”