原创 霍金想要探测比邻星，有可能成功吗?

日前，刚刚开通微博的英国物理学家史蒂芬·霍金，与俄罗斯亿万富豪尤里·米尔纳以及Facebook创始人兼首席执行官扎克伯格在美国宣布，将推出一项突破性的研究和工程方案。先期将投入1亿美元。
 

这个名为“突破星击”(Breakthrough Starshot)的太空探索项目将通过卫星向太空释放数千个重量在1公克以下的微型航天器。

这种微型航天器，采用纳米技术，通过光束供能，以加速到每小时1亿英里的速度，在未来20年内抵达最接近地球的半人马座阿尔法星宜居带，用其携带的摄像头、通讯设备和处理器等捕捉行星和其他科学数据的影像，并传回地球。

天文学家相信，一颗类似地球的行星可能存在于半人马座阿尔法星的宜居带，这是最接近地球的星系，位于4.37光年之外。

米尔纳称这种邮票大小的航天器nanocraft为“星际帆船”，它可加速至光速的20%，是目前最快飞船的1000倍。如果使用传统太空飞船技术，抵达半人马座需要3万年。

对于太空飞船，火箭，卫星，我们现代人都已经不再陌生，而这个邮票大小，速度能达到光速20%的东西听起来还是很科幻，而霍金，扎克伯格和NASA与国内画饼骗投资的项目策划人不能同日而语。这个“突破星际”计划到底是什么东西？它会带来什么？可能实现吗？


一、霍金的目标，三体的原型

随着大刘获得雨果奖，很多人都应该看过《三体》这部小说，对什么黑暗丛林，智子都很熟悉。

而三体里面三颗星的原型，就是这就是这次霍金要去探索的半人马座阿尔法星。

半人马座有两个非常明亮的恒星群，被称为α星和β星，而α星由三颗恒星组成，被称为A星，B星和C星，其中C星是距离地球最近的一颗恒星，距离地球只有4.2光年。

人类一直在探索地球之外的其他星球，试图找到一颗适合人类居住的行星。于是人类先探索了月球，然后探索了火星，无人探测器已经探索了这个太阳系，并没有发现适合人类居住的星球。

而要探索太阳系之外的世界，半人马座的C星是最近的一颗恒星(被称为比邻星)，它所拥有的行星。也是人类最容易探索到的太阳系之外的行星。

所以，才有了这个“突破星击”计划：发射人类控制的探测器，去探索太阳系之外最近的恒星，寻找这颗恒星的行星，看有没有适合人类居住的其他星球。如果幸运的话，还有可能发现外星生命。


二、为什么需要一克以下的飞船

对于探索宇宙，人类已经不是新手，但是现有的探测器速度对于空旷的宇宙来说太慢了。驾驶目前最快的太空飞船，去太阳系边缘的冥王星，就要飞10多年。而要探测半人马座的恒星，需要几万年的时间，这对现在的人类来说太遥远了。

所以，人们需要飞的更快的探测器，于是光束飞船登场。

所谓光束飞船，顾名思义，就是以光推动的飞船。这听上去有些不可思议，而事实上，人们发现光的力量已经很久很久。

几百年前，天文学家开普勒发现彗星的尾巴是背对太阳的，从而提出太阳光是有压力的。而后，到了19世纪中叶，麦克斯韦由电磁理论算出：光正入射到黑体（完全吸收光的物体）上会产生压强，并且算出来公式p=S/c，式中S为光的坡印廷矢量的值，c为光速。由此得出，太阳光正入射到地面黑体上的光压为p=5×10－6牛/米2。

1901年，俄国科学家P.列别捷夫，用实验证明了光压的存在，他测出太阳光压的值与麦克斯韦的计算结果符合。

光压在地球上微不足道，但是到了没有重力也近乎没有阻力的太空中，就成为了不可忽视的因素，甚至设计人造卫星时也要考虑光压的影响。

既然光压在太空中有用，那么为什么不利用光压来推动太空飞行器呢？于是就有了光束飞船的设想。

上世纪80年代中期，物理学家罗伯特·富沃德提出借助从地球发出的能量束实现星际飞行的方案。

如果是传统的飞船，因为质量太大，光压所能提供的加速度太小。

所以，霍金提出来1公克以下的超微型飞船，这样光照才有可能发出来飞船加速所需的能力。


三、这个计划可能实现吗？

而正如我们看到的公式，推力大小是光线能量与接收面积决定的。

所以，这个飞船要做成帆的样子，尽可能的增加面积，提升受力，达到更快的加速。

而光除了推力，同时还会有热能，这个帆还必须足够耐热，能反射光线，保证不被烧毁。

同时，还需要帆所用的材料能够接近黑体，尽可能的提升光压达到理论值。这都需要技术。

我们看到一则新闻称，南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授领导的科研团队经过3年的研究，获得了一种特殊的石墨烯材料，这种材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上，500公斤的负载，如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板，理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09米每秒的加速度。这是新材料技术。

而随着微电子技术的发展，摄像头，处理器，电池，发射模块也越来越轻，这让1公克的探测器成为可能。

理论上，这个计划并非遥不可及。首先，要在地球上制造出来1公克以下能抗太空辐射的探测器，然后用新材料把光帆制造出来。

之后，用人造卫星把这些探测器送上太空，打开光帆，然后地面超大功率激光器去定向照射光帆，给光帆加速。并且有减速方案。

初期的时间应该先在月球上完成，然后是火星这类行星，试验成功后，就可以去尝试加速的极限。最后就是奔向半人马座，去探测未知的恒星。

计划虽然很疯狂，但是理论上看起来是可行的，只是花费会非常巨大，试验也不会一份风顺。

如果是美苏争霸的太空探索时期，这个计划用今天的技术来做，成功的希望不小。而这个项目是无商业价值的探索项目，由富豪来完成，前景就不那么乐观。

各种试验至少要数年时间，花费10亿美元计算的经费，而飞向半人马座即使达到理论速度也得几十年，富豪们真的有这么长的耐心？

当然，人类就是创造奇迹的，登月当年也被认为是疯狂，但是人类还是实现了。未来如何，我们拭目以待。