当地时间2017年2月22日，美国航空航天局（NASA）发布了一个重大消息——在遥远的40光年外，发现了一个由一颗恒星和七颗行星组成的恒星系统（Trappist-1），而且这些行星有许多都处于宜居带。这个发现让科学家们甚至公众都激动不已，很多人可能又引发了星际旅行的想像。刚好2017年3月的《科学美国人》杂志的封面故事，讲述的就是星际旅行，所以这次就搬一下这个话题的砖吧。

《科学美国人》杂志封面 2017.3

还记得《三体》吗？三体人因为忍受不了所在恒星系统变化无常的环境，在得知地球方位后便派出舰队向地球进军。小说当然是虚构的，不过，现实世界里，情节却反了过来：人类正计划要向三体人的星系进发了。

三体人所在恒星系统的恒星，中国人称为南门二（外国人叫Alpha Centauri），位于半人马座，其综合亮度在全天夜空排第三，但由于位于南天球非常靠南的位置（赤纬负60度），所以在我国只有广东广西云南南部还有海南和港澳台一带才能看得到，而且非常贴近地平线，其他地区可能就无缘得见了。之所以是三体，因为南门二其实是三颗星，只是由于离地球太远（平均4.37光年），肉眼看上去就变成了一颗星。

BBC “The Sky at Night”栏目2016年制作的一期关于Proxima Centauri b的节目

三颗星中最为大家熟知的就是比邻星（Proxima Centauri），比邻的意思，就是相邻，比邻星是距离太阳最近的恒星。2016年8月，科学家发现，居然有一颗行星（Proxima Centauri b）在绕着比邻星转，而且在宜居带！于是有人说那里可能有生命，有人说那是第二个地球，有人说，三体人就住在那里。关键是，它是离太阳系最近的行星，距离我们只有4.25光年。

俄罗斯大亨Yuri Milner

还记得那个叫Yuri Milner的人吗？对，就是那个创立“重大突破奖”用于奖励不被诺贝尔赏识的科学家的俄罗斯大亨。这个人太了不起了！！！除了“重大突破奖”之外，他还在2016年4月出资1亿美元创立了一个叫做“Breakthrough Starshot”的项目，招揽到了包括霍金在内的全球顶尖科学家，要发起一个星际探索项目，目标直指南门二。在Proxima Centauri b被发现后，这颗太阳系外最近的行星邻居成了目标。BBC著名栏目Sky at Night在2016年下半年专门制作了一集节目，介绍这颗新发现的行星和Yuri Milner这个伟大计划。

不就是飞往另一颗星嘛，发射一个飞行器一直飞就是了。听起来简单哈？但距离是个大问题。

以公里为单位，地球和南门二之间的距离大概是4后面挂13个0。人类目前为止最快的飞行器之一，1977年发射的旅行者1号，在飞行了整整40年后，现在离地球大约是2后面10个0。别小看这相差的3个0，差了上千倍呢。也就是说，按照旅行者1号的速度，目前才走了二千分之一的路程，要到达Proxima Centauri b，还需要8万年，八万年啊！！！即使是《三体》里的敌人，速度是光速的百分之一，也花了400年才到达地球。

“Breakthrough Starshot”脑洞大开的地方在于，这个计划希望在这一代科学家的有生之年让人造飞行器到达目的地Proxima Centauri b并发回图片——花20年研制，花20年飞行。飞行20年到达4.25光年的目的地，大家可以算一下，这基本上是要求达到光速的五分之一，比三体人厉害多了！什么概念？每秒需要飞行64000公里，也就是说，1秒钟可以绕地球1.6圈。要知道，旅行者1号每秒钟才只有17公里。

英国理论物理学教授、BBC科学节目主持人Jim Al-Khalili讲解地球距离Proxima Centauri b的距离、旅行者1号的飞行速度以及设想中飞器所需速度

要达到如此高速，技术上就需要这个飞行器极小极轻，科学家们想到的是芯片。一厘米见方，需要安装内置的相机以及光谱分析仪和磁场探测仪等各种精密仪器，还要挂一个约十六平方米的“光帆”，整个飞行器总重量需要控制在几克。推动力当然也将一改传统携带燃料的方式，而采用外部推动，用强激光束打在光帆上对芯片进行加速。换句话说，推动这个芯片达到高速前往遥远目的地的，将会是一颗颗微小光子的撞击。

由于距离极远，速度极高，芯片飞行器在飞行过程中难免可能会遭遇宇宙尘埃而发生损失；另外，届时从目的地发回的信号也可能会在漫长的路上不断减弱而让地球无法接收。基于此，科学家们打算向一些动物们学习，采用以数量取胜的战术：每天发射一颗芯片飞行器，连续三年不间断发射1000颗，这样总有一些能顺利到达目的地的。而且，1000个飞行器按顺序间隔排列，前方发回信号的时候，也能通过后方的飞行器进行中继，使信号持续不减弱传回地球。

芯片飞行器想像图

难以相信吧？是不是脑洞大开？所以人家才叫Breakthrough！

这将是人类历史上第一次真正的星际旅行。

不用说，当然是困难重重。

首先，是能源。在极黑极冷的宇宙空间，要飞20年，维持相机各种探测仪等设备功能的能量从哪里来？科学家想过让芯片飞入极薄的星际介质，通过摩擦获取能量，但极高速度下，这种接触极可能会给芯片飞行器带来无法预测的破坏。还有设想置入核电池，但此方案也不甚成熟。

其次，是光帆。由于整个飞行器需要重量极轻，所以这张帆大概只能是原子级别的厚度，也就是差不多肥皂泡的厚度；又由于需要接受极强激光，所以必须具备99.999%以上的反射率，否则对激光的一点点吸收都会造成过热而毁了整个飞行器。这样的要求，想想都不可思议。

最后，最难的，却是作为推动力的光。要在几分钟时间内推动芯片飞行器速度达到光速的五分之一，那么这道强光将需要达到100万千瓦。虽然已有科学家在实验室里造出过这个强度的光，但只能维持十亿甚至万亿分之一秒，要持续几分钟，目前来看，只有通过组合大量的光束并集中在一起。如果单一光束是千瓦级别的，那么实际会需要大约一亿个这样的光束的集合才能达到目的。此外，由于芯片飞行器都会在地球大气层外进行发射，这一亿束激光还需要排除大气层的干扰才行。想像一下，地面一平方公里或者更大的地方，排列着上亿个激光发射器，共同瞄准6万公里的上空大气层外一块边长只有4米的正方形的光帆，要排除大气干扰把上亿束激光打在这个光帆上。这样的事情，其难度简直不是人间级别的。

芯片飞行器将需要地球上数以亿计的激光发射器共同为其提供动力

难度高，耗巨资（至少是十亿美元级别），长距离，而且就算好不容易飞到了目的地Proxima Centauri b，因为无法减速，也只能是在几小时甚至几分钟内快速掠过，不可能作长期停留详细观察。因此，也有些科学家不是很支持这个项目，觉得不经济不值得。

2017年3月《科学美国人》杂志封面文章，详细介绍了Starshot计划

然而，大家公认的是，这个“Breakthrough Starshot”项目就算最后没能达成目标，科学家们在其中所研究的难题以及实现的成就，都将会是对现有技术的重大突破。这些突破不仅会对人类目前在太阳系内的探索带来飞跃（想像一下新视野号花了十年才到达冥王星，将来几天之内就可以有个来回），而且无疑也会为人类未来的星际探索积累经验。

无论怎样，从个人的角度，这个“Breakthrough Starshot”也是非常值得期待的，因为这很可能将是我们这代人这一生唯一一次见证真正的星际旅行的机会。

@图片来源：NANA视频截图、BBC视频截图

以及《科学美国人》杂志