外太空各大行星科普（计划为人类初步迈向外太空提供良机）

“突破摄星”执行董事Pete Worden在2017腾讯WE大会现场介绍“星芯片”。图片来源：腾讯

史蒂芬·霍金 图片来源：腾讯

有些重要的事物看起来可能毫不起眼。11月5日在2017腾讯WE大会现场，Pete Worden手里的那块“玻璃”就是如此，如果换个场合很多人大概都不会看它一眼。这块边长约1厘米、厚度约两三毫米的四边形透明状物体实际上是一个迷你外空探测器，它是当今世界炙手可热的“突破摄星”计划要验证的概念之一，学名“星芯片”。

“事实上，几个月前我们已经推出星芯片较早的版本，并把它放在拉脱维亚的一个卫星上，用印度的推进器送入太空。”“突破摄星”执行董事、美国航空局艾姆斯研究中心原主任Worden说，“几个月前较大的版本显然已经发挥了作用，现在我们正进一步把它缩小，希望未来发射上去后它能发挥作用。”

“突破摄星”计划是美国物理学家史蒂芬·霍金与俄罗斯企业家Yuri Milner去年一起启动的计划，目标是让星际旅行变成现实。“如果成功，在座各位有些人在有生之年内，将能看到我们向距离太阳系最近的星系——半人马座α星系发送一个探测器。”当天，霍金在WE大会的开场报告让现场千余名观众在脑海中踏上了星际旅行乃至太空移民的想象之旅。

“缩水”的地球

“如何才能确保在力所能及的范围内，让人类的未来尽可能完美？为什么要考虑探索其他宜居星球？”霍金在WE大会开场时的“北京两问”在观众头脑中引发无数问号。随后，这位被誉为“宇宙之王”的轮椅上的老人从两个维度——思考人类的未来；探索太空、寻求其他潜在宜居星球的选择，阐述了宇宙背景下地球和人类扮演的角色。

地球正在“缩水”。霍金指出，在过去200年中，人口呈现指数级增长（目前约为1.9%），这意味着世界人口每40年就会翻一番。“这样的增长不能维系到下一个千年。到2600年，世界将拥挤得‘摩肩接踵’，电力消耗将让地球变成炽热的‘火球’。”霍金认为，避免这样的世界末日最好的方法就是移民太空。

在他看来，今天的情况在某种程度上就如同1492年前的欧洲。当时的人们坚信哥伦布的探险注定徒劳无功，然而新世界的发现对旧世界带来了深远的影响，新世界成为那些被剥夺权利地位、走投无路者的乌托邦。“人类向太空的拓展，甚至将会产生更深远的影响，这将彻底改变人类的未来，甚至会决定我们是否还有未来。”霍金说。

宜居的行星

在其他条件适宜的星球上，霍金认为，生命的存在必定是可能的。尽管这种可能性极小，概率极低。

尽管如此，行星科学家们仍在孜孜不倦地窥视着星空，寻找着生命的迹象。而且，他们并非一无所获。Worden表示，研究已经表明太阳系中火星（表面下有水存在）和土卫2（南半球有泉水涌出，且存在简单的有机碳分子）以及木卫二等均可能存在生命。去年，欧洲南方天文台称找到潜在的系外生命栖息地——围绕半人马座α三合星系的第三颗星比邻星（只有太阳的体积10%~20%的一颗红矮星）运行的一个大小类似地球的行星比邻星b。

这个距离地球仅有4.22光年的红矮星可能是临近地球的最可能有生命的一个行星，Worden说。“临近半人马星座里的红矮星——银河系中70%的行星都是类似的小红矮星——有7个跟地球非常接近，而且其中有3个或具备移居条件。”

“如果持续寻找，我们可以找到更多类似宜居的星球。但问题在于即便它们宜居了，我们是否能真正移居过去。”Worden说。如果按照今天最高的发射速度可能要8万年才能到达想要到达的目的地，所以问题的关键是给太空旅行“提速”。“如果我们能提速到现在的1万倍，才能在20年之内走到想去的星球。”

“星际航行必然是一个长期的目标。”霍金说。而向太阳系最近的半人马座α星系发送探测器的“突破摄星”计划则是人类初步迈向外太空的真正机会。霍金介绍，这个使命涉及三个概念：迷你太空飞行器、光动力推进和锁相激光器。“星芯片”是尺寸仅几厘米、但功能完备的太空探测器，附着在由超材料制成、重量仅有几克的“光帆”上。然后，1000个由 “星芯片”和 “光帆”组成的纳米飞行器被送入轨道。而在地面上，激光器阵列将共同形成一道超强光束，穿过大气，以数十吉瓦（1吉瓦等于10亿瓦）的功率射向太空中的“光帆”。

“这项创新背后的想法，是以光束来驱动纳米飞行器的前进。这样产生的速度虽然不及光速，但能达到其1/5，约合每小时1亿英里。”霍金说。这样的系统可在1小时内抵达火星，几天内到达冥王星，一周内可追上并超过“旅行者”号探测器，并在仅20年后到达半人马座α星系。重要的是，“星芯片”的轨迹可能包括“比邻星b”。

移民的挑战

如果可以保证飞船用20%光速持续20年的航行，并不间断地给地球传回相关信息，Worden说。那么，到2050年左右，人们或将收到整个银河系中其他的星球上一些生命迹象的图片。

“目前看来，这些都可能成为现实。”霍金说。但其中也存在一些重大挑战。比如1吉瓦功率的激光器仅能提供几牛顿的推力，不过因为纳米飞行器只有几克重量，恰可以克服这一问题。但其工程方面的挑战却是巨大的。纳米飞行器必须经受极限加速、极寒、真空和质子以及与太空粉尘等垃圾的碰撞。另外，由于大气湍流，将一套总量100吉瓦功率的激光组瞄准太阳帆，也是很困难的事情。

还有一些严峻的问题，比如如何让数百道激光穿过大气波动时聚合？如何推动纳米飞行器又不烧毁它们？如何让它们瞄准正确的方向？此外，科学家还需要让纳米飞行器在冰冷的真空环境中工作20年，这样它们才能将信号传回到4光年外的地球。这些都是工程设计要解决的问题。“如果‘突破摄星’计划能传回毗邻星系中宜居星球的图像，这对人类的未来必将产生深远影响。”霍金说。

与此同时，“突破摄星”计划下的“突破聆听”项目旨在寻找“外星人可能发给地球的信号”。Worden介绍，项目组正在把世界上最大的射电望远镜结集起来，如美国西弗吉尼亚州绿岸射电望远镜、澳大利亚帕克斯望远镜、中国FAST望远镜以及英国、南非等国的机构合作，寻找可能存在生命的行星。“我们没有任何迹象完全证明有生命，但我们在持续努力，现在也有一些成绩。我相信可以继续尝试回答我们想要回答的问题——到底外太空有没有生命存在。”

“人类作为独立的物种，已经存在了大约200万年。我们的文明始于约1万年前，其发展一直在稳步加速。”霍金说，“如果人类想要延续下一个100百万年，我们就必须大胆前行，涉足无前人所及之处！”冯丽妃