【原】来不及了，快上飞船！光子推进实现星际穿越

寒武纪科学馆 2022-01-07

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图片来源：加州大学圣巴巴拉分校

每当我们谈及宇宙、触及宇宙的时候，我们都会有一种直冲云霄的感觉。

自人类文明诞生以来，人类凭借超凡的想象力构建出了种种神秘世界，期冀畅想未来和天外世界。

随着科技的发展，人类跳出地球，冲向星空，遥望银河的彼端，梦想着去建立一个新的家园。

而阻挡在人类面前的第一道墙就是广漠的距离和短暂的人生，要想冲去太阳系就必须学会星际穿越。

星际穿越不只是活跃在科幻剧中的虚构概念，许多科学家已为之钻研终生，它们并不是超光速飞行，虫洞或者空间折叠之类的科幻技术，而是考虑如何在现有技术下，让生命突破太阳的引力，快速冲向星际。

对于一些科学家来说，这是活着的最好时代。

他们出生于人类在太空探索方面取得惊人进步的时候，他们看到人类逃脱地球引力，冲向天际，到达地球以外的星球上。

在他们看来，探索宇宙是人类的宿命。正如航天之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基所言：地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。

人类在越来越小的层次上探索到亚原子水平，也在越来越大的尺度上进行探索宇宙的起源和边界，正是这种不断探索的动力使人类之所以成为人类。

于是，他们怀着早期太空时代的肆无忌惮的乐观主义和天马行空而又立足科学的思想火花，寻找缩短时空的方法，思考地球生命需要具备什么条件才能踏上穿越宇宙深空的旅程。

仰望星空，脚踏实地

人类探索宇宙最大的挑战之一就是航天器的速度，宇宙中距离以光年为尺度，而人类航天器的最快速度109km/s(帕克太阳探测器)。

人类航行最远的航天器旅行者1号（每小时 35,000 多英里）航行40年才处于距离太阳225亿公里的日光层外，却还没有飞出广义上的太阳系。而想要到达距离太阳系最近的恒星系比邻星，它需要 80,000 多年才能到达。

因此，如何提高航天器的速度，成为科学家苦思冥想的难题。

此时，传统的机载化学燃料已过时，它不能提供足够的能量来维持飞行器足够快地航行，进行星际航行需要新的推进技术，从光帆推进到曲率航行的负引力，科学家竭尽所能尝试解决这一难题。

在美国宇航局和富豪的资助下，美国加州大学（UCSB）的研究团队正在进行另一种提高宇宙飞船速度的尝试——光子推进（DEEP-IN），即利用光作为定向“推进剂”。

图片来源：加州大学圣巴巴拉分校

光子定向推进技术不同于目前的任何航天器技术。这项技术设想在地球、月球或近地轨道建立激光光阵作为推进系统，而飞船不携带任何燃料或推进剂，只携带一个反射系统。

当带有反射系统的飞船在特定轨道时，近地轨道的激光阵列会对它定向发射光子流，飞船接收器接收到光子后作为能量，推动飞船速度达到近光速，从而进行星际航行。

这项技术的关键在于构建光子驱动器和超低质量探测器。虽然光子推进的最终目标是推进任何质量的航天器，但低质量探测器速度最快，最适合执行星际任务。

图片来源：加州大学圣巴巴拉分校

要实现这种技术，需要持续地对空间晶片和光子学进行创新和改进，而在这些领域，科学研究成指数增长，科研团队相信实现光子推进离时不远。

科研团队计划首先可以从最微小的芯片尝试，例如巴掌大小，可以向最近的恒星系发射，晶片船（StarChip）将在大约 20 年内到达比邻星。

虽然人类无法亲自前往，但是它们可以容纳活的动物，携带地球生物进行星际航行。

图片来源：加州大学圣巴巴拉分校

水熊虫

科学家们想到的第一种生物就是水熊。

水熊虫，又名“缓步动物”，长着八条腿，以尘土为食。这种生物生命力极其顽强，沸水无法杀死它们，极度高压或低温对它们也毫无影响。就连接连轰炸的小行星、邻近的超新星爆发、甚至强大的伽马射线暴，都无法使其彻底灭绝。它要是自己说地球第二顽强小动物，没有谁敢说是第一。

它们对各种极端环境都具有极强的忍耐能力，遇到极限温度、电离辐射、缺氧等极端环境时，它们可以停止运动，身体萎缩，然后在这种状态下抵御恶劣的环境达数年之久，当环境好转时，身体再复苏，这种现象称隐生。迄今为止，研究水熊虫，已经让六名科学家获得了诺贝尔奖。

水熊虫也是太空旅行的老手，经常出现在太空中的各项试验中，甚至在2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机爆炸解体的空难中幸存下来，因此选择这个动物最合适不过了。

研究人员设想可以将数以千计的水熊虫放置在一个晶片上，让它们进入假死状态，在这种状态下，它们所有的代谢功能几乎都被抑制，然后进行星际航行。直到到达目的地后将它们唤醒，精确监测长距离星际航行对水熊虫各项生理指标的影响，检查它们的新陈代谢、生理、神经功能、繁殖和衰老状况，并将观察结果通过光子通信传递给地球，从而推断如此漫长的航程对人类的潜在影响。

当然，如果能研发出能够携带人类送入星际空间的近光速航天器，那具有跨时代的意义。