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《三體》小說(shuō)描述的三體世界,是以比鄰星為背景的,那里有三顆太陽(yáng),比鄰星是其中最小的一顆,也是距離我們最近的一顆恒星。那里的大致環(huán)境狀況我在上篇文章《現實(shí)中的三體世界在哪里,會(huì )與科幻小說(shuō)描述一樣嗎?》已有闡述,這里就不展開(kāi)說(shuō)了。
海內存知己,天涯若比鄰。從銀河系尺度來(lái)看,比鄰星就是我們太陽(yáng)系最近的鄰居,也將是人類(lèi)走向恒星際的第一站,由此人們對那里充滿(mǎn)了興趣,天文學(xué)家們一直在持續不斷的對那里進(jìn)行了觀(guān)測,截止到2022年2月份,發(fā)現比鄰星至少有3顆行星相伴,而且在其中的兩顆上可能存在液態(tài)水和生命。
實(shí)際上,現在用最大最強的天文望遠鏡,也只能看到這顆紅矮星昏暗的亮點(diǎn),更別說(shuō)看到比恒星小十數萬(wàn)倍的行星了?,F在對比鄰星及其行星的了解,是通過(guò)觀(guān)測其光譜變化,科學(xué)分析和建模得到的,還只是一個(gè)假設和猜想,要真正證實(shí)這個(gè)三體世界的樣子,還得要派出探測器或載人飛船到那里一觀(guān)。
可惜,這顆恒星雖然距離太陽(yáng)系最近,也有4.22光年,也就是約40萬(wàn)億公里,憑著(zhù)人類(lèi)航天技術(shù),對于這種恒星際尺度還是可望不可即。那么人類(lèi)何時(shí)能夠到比鄰星一觀(guān)呢?我們來(lái)分析了解一下。
先了解一下目前人類(lèi)的宇航水平
人類(lèi)制造發(fā)射的無(wú)人探測器飛行最遠的叫旅行者1號,這艘由美國NASA于上世紀70年代發(fā)射的探測器,在太空孤獨的飄蕩了45年,現在已經(jīng)到達距離我們238億公里的太陽(yáng)系外圍,前幾年就飛越了太陽(yáng)風(fēng)頂層,接觸到了太空星際等離子體,可以說(shuō)已經(jīng)進(jìn)入了星際空間。
但太陽(yáng)系的范圍被普遍認為是一個(gè)半徑1光年左右的球體,這個(gè)球體邊緣包裹著(zhù)一個(gè)彗星外殼,叫奧爾特云。當然這還是假設,而且這個(gè)外殼遠沒(méi)有人們想象的那么密集,總體是很稀疏的,稀疏到觀(guān)測太陽(yáng)系外的宇宙空間毫無(wú)遮擋,探測器想要撞上一顆小行星或彗星比中彩票大獎的概率還要小很多。
旅行者1號目前的速度為每秒約17公里,憑著(zhù)這樣的速度,要飛出太陽(yáng)系的奧爾特云帶還需要17600年,要飛到比鄰星需要74000多年。
現在飛行最快的人造探測器為帕克太陽(yáng)探測器,它依靠行星和太陽(yáng)引力加速,現在的飛行速度已經(jīng)達到每秒100公里以上,到2024年12月底,帕克探測器將在距離太陽(yáng)僅600萬(wàn)公里的高溫日冕中掠過(guò),屆時(shí)速度將達到每秒200公里。
如果造一艘這種速度的探測器飛往比鄰星,需要1500年。
而且,這些探測器都是無(wú)人探測器,如果要改成載人宇宙飛船,還有許多無(wú)法克服的難關(guān),如動(dòng)力、燃料、生命保障系統等等。即便這些能夠克服,一來(lái)一回也需要3000年,這得選拔多少童男童女,在遙遙征途中傳宗接代多少代,才能夠歸來(lái)啊。
即便能夠歸來(lái),地球早就物是人非了,誰(shuí)知道誰(shuí)啊。
結論:憑著(zhù)人類(lèi)現在的航天速度,前往比鄰星考察是完全不可能的。
那么,未來(lái)什么時(shí)候有條件前往比鄰星呢?
人類(lèi)的足跡目前還只到達過(guò)距我們平均約38.4萬(wàn)公里的月球,無(wú)人探測器已經(jīng)光顧過(guò)太陽(yáng)系所有行星和部分矮行星、小行星,飛得最遠的無(wú)人探測器還只有237億公里,如果折算成光年只有0.0025光年。因此,這點(diǎn)距離與比鄰星4.22光年距離完全不是一個(gè)數量級。
人類(lèi)多久能夠前往比鄰星考察呢?據目前世界一些航天計劃來(lái)看,大概需要100年。
這個(gè)讓人類(lèi)有望飛出太陽(yáng)系,走向深空的計劃叫“百年星艦”計劃,是老美的NASA(航空航天局)和DARPA(國防部高級研究計劃局)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一項宇宙探測計劃,目標是在百年內讓人類(lèi)飛躍太陽(yáng)系,抵達其他恒星系統。
這個(gè)計劃的關(guān)鍵是要設計制造出一艘適合星際旅行的太空船,網(wǎng)上披露的信息有:星艦設計整體重達5萬(wàn)噸,由核聚變能源驅動(dòng),能達到12%光速的速度在太空飛行;更激進(jìn)的研究計劃認為,星艦最終的速度要達到四分之一光速。
如果達到光速的12%,前往比鄰星也需要至少35年時(shí)間,如果探險者出發(fā)時(shí)是20歲,回來(lái)時(shí)至少也有90歲了;如果達到光速四分之一,到比鄰星就只需要16年多點(diǎn),來(lái)回有40年就足夠了,這樣一個(gè)20歲的探險者前往比鄰星回來(lái)后,年齡才60歲,還是正當年呢。
因此,只有將飛船速度提升到光速的五分之一以上,加上人類(lèi)壽命的提升,才能在一代人之間完成一次比鄰星往返之旅。有人擔心在這種高速飛船中時(shí)間膨脹效應,會(huì )不會(huì )回來(lái)后物是人非呢?
這種擔憂(yōu)是多余的,因為時(shí)間膨脹效應在非常接近光速時(shí)才顯現得很明顯,25%光速時(shí)間膨脹效應只有約1.03倍,也就是說(shuō),飛船中的人比地球人時(shí)間會(huì )慢3%,這樣4.22光年距離來(lái)回探險者們花了33.76年,地球人過(guò)了34.77年。
也就是在地球家園的人們只會(huì )比乘坐25%光速飛船的探險者們老了1歲,這點(diǎn)年齡變化在六七十歲的人們基本看不出來(lái),只是由于各自經(jīng)歷的環(huán)境不一樣,會(huì )對人的面貌影響更大。
百年星艦計劃獲得時(shí)任美國總統克林頓的支持,于2012年9月13日正式啟動(dòng)。后來(lái),這項計劃還沸沸揚揚了一陣子,飛船想象圖和首任船長(cháng)都出臺了,但近年來(lái)卻鮮有消息,是在低調秘密的進(jìn)行,還是擱淺了,不得而知。
此外還有英國上世紀70年代提出的代達羅斯計劃,以及老美提出的獵戶(hù)座計劃,都是建造高速飛船或無(wú)人探測器,前往比鄰星等附近恒星系統的計劃。前者被認為由后來(lái)啟動(dòng)的百年星艦計劃繼承,后者是采用核彈連環(huán)爆破方式加速探測器,由于資金短缺以及對核彈污染環(huán)境爭議很大而廢棄。
那么,只有百年星艦計劃還沒(méi)有正式宣布停滯或失敗,這是世界上迄今為止唯一已經(jīng)啟動(dòng)的載人深空遠航長(cháng)遠規劃,如果能夠成功,人類(lèi)很可能將在本世紀末飛出太陽(yáng)系,飛向半人馬座的比鄰星。
無(wú)人探測器會(huì )早一些到達比鄰星嗎?
著(zhù)名的物理學(xué)家、科普作家霍金在生時(shí),啟動(dòng)了一項叫突破攝星的計劃,這個(gè)計劃的核心就是發(fā)射一系列迷你探測器前往比鄰星。
霍金團隊的設想是,制造1000艘迷你探測器,這種探測器只有指甲蓋大小,是一種質(zhì)量為克級的晶片,上面安裝有迷你攝影機、光子推進(jìn)裝置、動(dòng)力系統、導航和通訊設備。這種探測器用火箭一次就能發(fā)射1000艘。
當火箭將這些探測器發(fā)射到地球軌道后,探測器就會(huì )張開(kāi)巨大的光帆,這時(shí),地球上安裝的高能激光陣列將精準照射光帆,為光帆加速。經(jīng)過(guò)間歇性持續加速,最終將光帆載著(zhù)的探測器加速到光速的20%,也就是秒速6萬(wàn)公里。
這樣,只要21年就能到達比鄰星,拍攝和探測那里的情況再發(fā)射回來(lái),電波傳遞4.22年就到達地球,人類(lèi)就知道那里的基本情況了。
但事情并沒(méi)有想象得這么簡(jiǎn)單,許多中外科學(xué)家認為,這個(gè)計劃本身實(shí)現的可能性不大。首先,這么小的一艘探測器,要搭載攝像設備、動(dòng)力系統、推進(jìn)裝置、導航和通訊設備,目前的技術(shù)是難以實(shí)現的;第二,激光推動(dòng)光帆達到光速的20%,也是天方夜譚,因為要將1克物體加速到光速的20%,至少需要400多噸TNT炸藥的能量,地球發(fā)射的激光還要經(jīng)過(guò)大氣層的衰減,不可能形成這種能量。
還有,4.22光年距離,需要極為精準的導航和方向調節系統,失之毫厘謬以千里,稍有差池這些探測器就會(huì )不知所蹤;而這么遠的距離,通訊傳輸要強大的功能,小小的迷你探測器上的通訊設施能做到嗎?
即便解決了上述問(wèn)題,這些探測器到達比鄰星時(shí)是不可能剎車(chē)的,每秒6萬(wàn)公里的速度掠過(guò),攝像和探測裝置必須在那電光一閃的瞬間,及時(shí)開(kāi)啟攝像和探測裝置,獲得比鄰星和整個(gè)南門(mén)二三合星的情況,并發(fā)射回來(lái),能精準做到嗎?
而項目的主要發(fā)起人霍金于2018年去世了,之后,突破攝星計劃鮮有報道,現在是否還在進(jìn)行,是否有進(jìn)展都不知道了,我想這個(gè)計劃或許還只是一個(gè)科幻。
那么,人類(lèi)到底能否到比鄰星一觀(guān)呢?答案是肯定的,只是時(shí)間問(wèn)題?,F在人類(lèi)社會(huì )已經(jīng)進(jìn)入了科學(xué)信息爆炸式發(fā)展的時(shí)代,許多科幻正在變成現實(shí)。就在1月24日,美國NASA局長(cháng)比爾·尼爾森宣稱(chēng),將在2027年展示未來(lái)奔赴火星用的熱核發(fā)動(dòng)機研發(fā)成果,這種發(fā)動(dòng)機能夠讓宇航員在深空飛得更快,更早到達目的地。
因此,我認為人類(lèi)前往比鄰星一觀(guān)的愿望一定能實(shí)現,而且很可能會(huì )在本世紀末之前實(shí)現。
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