今年2月23日，NASA宣布首次在距离地球约40光年的地方发现七颗类地行星，其中有三颗位于其母恒星的宜居带。这一发现为地外生命的探寻开辟了新的方向，也再一次点燃了人们对星际航行的兴趣和热情：我们将利用星际航行前往何处？怎样才能实现星际航行？具体需要突破哪些技术限制？且随本文一起了解星际航行的发展现状和前景吧！
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SciencefictionwritersandmoviemakershaveshownuscountlessvisionsofhumanityspreadoutacrosstheUniverse,soyoumightbeforgivenforthinkingthatwe’vealreadygotthisinthebag1).Unfortunately,westillhavemorethanafewtechnicallimitationstoovercome—likethelawsofphysicsasweunderstandthem—beforewecanstartcolonisingnewworldsbeyondourSolarSystemandgalaxy.
Thatsaid2),severalprivatelyfundedorvolunteerinitiativessuchastheTauZeroFoundation3),ProjectIcarus4)andBreakthroughStarshot5)haveemergedinrecentyears,eachhopingtobringusalittlebitclosertoreachingacrossthecosmos.ThediscoveryinAugustofanEarth-sizedplanetorbitingourneareststarhasalsoraisedfreshhopesaboutvisitinganalienworld.
Istravellingtoothergalaxiespossible?Andifso,whatkindsofspacecraftmightweneedtoachieveit?Readontogetupto(warp6))speed.
WHEREWOULDWEGO?
Wherewouldn’twego?TherearemorestarsintheUniversethantherearegrainsofsandonEarth—around70,000,000,000,000,000,000,000—andbillionsoftheseareestimatedtohaveonetothreeplanetsintheso-called“Goldilockszone7)”:nottoohot,nottoocold.
Aswe’rejuststartingout,thebestcontendersofarisourneareststellarneighbor—thetriplestarsystemofAlphaCentauri8),4.37light-yearsaway.Thisyear,astronomersattheEuropeanSouthernObservatory9)discoveredanEarth-sizedplanetorbitingAlphaCentauri’sreddwarfstar10)ProximaCentauri11).Theplanet,namedProximab,isatleast1.3timesthemassoftheEarthbuthasaverytightorbitaroundProximaCentauri,takingjust11Earthdaystocompletethetrip.Whathasastronomersandexoplanet12)huntersespeciallyhotunderthecollar13)isthatthisplanetisintherighttemperaturerangeforliquidwater,whichisausefulproxy14)forhabitability.
Thedownsideiswedon’tknowifithasanatmosphere,andgivenitsclosenesstoProximaCentauri—closerthantheorbitofMercuryaroundourSun—itwouldlikelybeexposedtodangeroussolarflares15)andradiation.Itisalsotidally-locked16),whichmeanstheplanetalwayspresentsthesamefacetoitsstar;somethingthatwouldcompletelyalterournotionsofnightandday.
HOWWOULDWEGETTHERE?
That’sthe$64trillionquestion.Evenatthefastestspeedsofourcurrenttechnology,aquickjaunt17)tocheckoutProximabwouldseeusarrivinginaround18,000years,bywhichtimethere’severychanceourEarth-bounddescendantswouldhavearrivedtherewellaheadofusandgrabbedalltheglory.Butmanysmartminds—anddeeppockets18)—arebeingturnedtothechallengeoffindingafasterwaytocrossvastdistancesofspace.
BreakthroughStarshot—a$100millioninitiativeprivatelyfundedbyRussianbillionairesYuriandJuliaMilner—isfocusingonpropellingatinyunmannedprobebyhittingitsextremelylightweightsailwithapowerfulEarth-basedlaser.Theideaisthatifthespacecraftissmallenough—andwe’retalkingbarelyagram—andthesaillightenough,theimpactofthelaserwillbeenoughtograduallyacceleratethecrafttoaroundone-fifthofthespeedoflight,takingittoAlphaCentauriinaround20years.
TheMilnersarecountingonminiaturisationtechnologiestoenablethistinycrafttocarryacamera,thrusters19),apowersupply,communicationandnavigationequipmentsoitcanreportonwhatitseesasitflashespastProximab.Hopefullythenewswillbegood,becausethatwilllaythefoundationforthenextandmoredifficultstageofinterstellartravel:people-moving.20)?
WHATABOUTWARPDRIVE
StarTrekmadeitalllooksoeasy,buteverythingwecurrentlyknowaboutthelawsofphysicstellsusthatfaster-than-lighttravel—oreventravelatthespeedoflight—isnotpossible.Notthatscienceisthrowinginthetowel21).Inspiredbyanotherpropulsionsystemthathascapturedtheimaginationofsciencefictioncreators,NASA’sEvolutionaryXenonThruster22)projectisdevelopinganion23)enginewhichishopedtoaccelerateaspacecrafttospeedsupto90,000mph(145,000km/h)usingonlyafractionofthefuelofaconventionalrocket.
Butevenatthosespeeds,wewon’tbegettingfaroutoftheSolarSystemwithinasinglegenerationofspacefarers.Untilweworkouthowtowarptimeandspace,interstellartravelisgoingtobeaveryslowboattothefuture.Itmightevenbebettertothinkofthattravelperiodastheenditself,ratherthanameanstoanend.
HOWWOULDWESURVIVEONANINTERSTELLARVOYAGE?
Warpdrivesandionpropulsionareallverysexy,butthey’renotmuchuseifourinterstellarvoyagersstarve,dehydrateorsuffocatelongbeforetheyevenleaveourownSolarSystem.ResearcherRachelArmstrongarguesweneedtostartthinkingabouttheecosystemthatinterstellarhumanitywilloccupyoutthereinbetweenthestars.“We’removingfromanindustrialviewofrealitytoanecologicalviewofreality,”shesays.
AsprofessorofexperimentalarchitectureattheUniversityofNewcastleintheUK,Armstrongtalksabout“worlding”:“It’sabouttheinhabitationofspaces,notjustthedesignofaniconicobject,”shesays.Theinsideofaspacecraftorspace-stationtodayissterile24),andindustrial,sheargues.Armstrongbelievesweinsteadneedtothinkecologicallyaboutourvessels—aboutthevegetationthatisgrown,andeventhekindsofsoilswetakewithus.Inthefuture,sheenvisagesgiantbiomes25),fulloforganiclife,notthecold,metalboxesoftoday.
CAN’TWEJUSTSLEEPALLTHEWAYTHERE?
Cryosleep26),hibernationorsomeformofstasis27)arefavouredsolutionstothepricklyproblemofhowtokeeppeoplealiveonavoyagethatmighttakelongerthanahumanlifespan.Afacilityfullofcryopreserved28)bodiesandheadsattheAlcorLifeExtensionFoundation29)aretestamenttohumanoptimismthatwewillonedayworkouthowtosafelyfreezeandthawhumans,butagain,nosuchtechnologycurrentlyexists.
Onesuggestion,whichisexploredinmoviessuchasInterstellarandbookssuchasNealStephenson30)’sSeveneves,istosendfrozenembryosthatcould—presumably—survivethosehardshipsbyvirtueofnotneedingtoeat,drinkorbreathe.Butthisraisesthevery“chickenandegg”problemofwhowouldraisethesefledglinghumanswhentheyarriveattheirdestination.
SO,WILLITACTUALLYHAPPEN?
Probablynotinthelifetimeofanyoneoldenoughtoreadthisarticle,butinthelongerterm,there’scauseforoptimism.“Fromtheoutsetofhumanexistencewe’velookedupatthestarsandprojectedourhopesandfears,anxietiesanddreamsthere,”saysArmstrong.Andwiththelaunchofprojectstotackletheengineering,suchasBreakthroughStarshot,“thisisnolongerjustadream,thisisanexperimentnow.”
1.inthebag：十拿九稳的；确定无疑的
2.thatsaid：虽然如此，尽管这样
3.TauZeroFoundation：TauZero基金会，美国一个从事星际研究的非营利组织
4.ProjectIcarus：伊卡洛斯计划，一项星际航行工程，最终目标是建造一艘具备恒星间航行能力的无人飞船，前往距离太阳系最近的恒星系统进行勘察。
5.BreakthroughStarshot：突破摄星，由霍金牵头发起的一项宇宙探索计划，其目标是开发数千个邮票大小的纳米小型太空飞船，飞往最近的恒星系，并发回照片。
6.warp[wɔː(r)p]n.空间翘曲，即空间折叠，一种因强大的引力使空间发生扭曲的现象，理论上认为在翘曲空间内可以进行瞬时移动。
7.Goldilockszone：金发姑娘区，指恒星周围的适居区。这一区域距离恒星不远不近，温度适中，允许液态水存在，进而有可能孕育出生命。
8.AlphaCentauri：半人马座α星，由三颗恒星组成。
9.EuropeanSouthernObservatory：欧洲南方天文台，天文学最重要、最多产的地面天文台之一
10.reddwarfstar：红矮星，指表面温度低、颜色偏红的矮星。矮星是指本身光度较弱的星。
11.ProximaCentauri：恒星比邻星，半人马座α星的第三颗星，又称“半人马座α星C”，是离太阳系最近的一颗恒星。
12.exoplanet[ˈeksəʊˌplænɪt]n.[天]外行星
13.hotunderthecollar：(因某事)忙碌着；兴奋着
14.proxy[ˈprɒksi]n.指标
15.flare[fleə(r)]n.(太阳的)耀斑，发生在太阳大气局部区域的一种最剧烈的爆发现象
16.tidally-locked：潮汐锁定的，即同步自转的。受到潮汐锁定的天体永远以同一面对着另一个天体。
17.jaunt[dʒɔːnt]n.游览
18.deeppocket：〈美〉深口袋(雇主)，指拥有巨额财源的自然人或法人。
19.thruster[ˈθrʌstə(r)]n.推进器
20.warpdrive：曲速引擎，一种超光速推进系统，科幻作品中的常见技术
21.throwinthetowel：承认失败；认输
22.指NASA研发的演进氙离子推进器引擎，简称“NEXT”。
23.ion[ˈaɪən]n.[化]离子
24.sterile[ˈsteraɪl]adj.无生气的；枯燥乏味的
25.biome[ˈbaɪəʊm]n.生物群落
26.cryosleep：低温休眠，科幻作品中的常见技术，能使人类在漫长的太空旅行中保持年轻。
27.stasis[ˈsteɪsɪs]n.静止状态
28.cryopreserve[ˈkraɪəʊˌprɪˈzɜː(r)v]vt.[医]低温贮藏(细胞或组织等)
29.AlcorLifeExtensionFoundation：阿尔科生命延续基金，美国一家大型人体冷藏公司
30.NealStephenson：尼尔·斯蒂芬森(1959~)，美国著名科幻作家，代表作包括《雪崩》(SnowCrash)、《七夏娃》(Seveneves)。
科幻小说家和电影制作人已经为我们展现了人类足迹遍布宇宙的无数种构想，所以你如果觉得星际航行这件事已十拿九稳，那也情有可原。令人失望的是，我们还需要突破不少技术限制——比如我们目前所理解的物理学定律——才能走出我们的太阳系和银河系，开始征服新世界的旅程。
尽管如此，近年来还是出现了诸如TauZero基金会、伊卡洛斯计划以及突破摄星等多个由私人出资或志愿发起的项目，希望使我们距离跨越宇宙的目标更近一些。我们8月份发现了一颗与地球大小相似的行星(编注：英文原文发表于2016年10月)，围绕离我们最近的恒星运行，这也为我们造访外星世界增添了新希望。类地行星真的有可能航行去其他星系吗？如果可能的话，我们需要怎样的太空飞船才能实现这一目标呢？继续读下去就能(以超光速)了解最新进展。
我们会去哪儿？
我们不会去哪儿呢？宇宙中恒星的数量比地球上沙子的数量还多，大约有700万亿亿颗，其中数十亿恒星估计都有一到三颗行星位于所谓的“金发姑娘区”：那里既不是太热，也不是太冷。
既然我们刚刚起步，目前最有希望抵达的恒星是距离我们最近的恒星邻居——由三颗恒星组成的半人马座α星系统，位于4.37光年以外。今年，欧洲南方天文台的天文学家们发现了一颗与地球体积相当的行星，围绕半人马座α星的红矮星——比邻星运行。这颗行星名为“比邻星b”，至少是地球质量的1.3倍，但是由于其运行轨道与比邻星非常贴近，只需11个地球日就可以环绕比邻星一周。让天文学家和外行星观测者兴奋不已的是，这颗行星具有适合液态水存在的合适温度，而这是宜居性的有用表征。
它的缺点在于，我们不知道它是否有大气层，而且鉴于它和比邻星的距离如此之近——比水星环绕我们太阳的轨道还要近——它很可能暴露在危险的母恒星耀斑和辐射之下。而且它还是潮汐锁定的，这意味着这颗行星总是用同一面朝向它的母恒星。这会彻底改变我们对于黑夜和白天的认识。突破摄星计划示意图
我们如何到达那里？
这是个价值64万亿美元的问题。即使以我们目前科技所能实现的最快速度去比邻星b转一圈，大概也要花上18,000年才能抵达，而在这么长的时间里，我们在地球上的人类后代大有可能已经早早超越我们抵达那里，抢走所有的风头。但是许多聪明的头脑和鼓鼓的腰包都加入到了寻找更快穿越广阔空间方法的挑战中。
“突破摄星”是一项由俄罗斯亿万富翁尤里和茱莉亚·米尔纳夫妇私人投资的价值一亿美元的项目，专门研究如何驱动微型无人探测器，其驱动方法是使基于地面的强大激光束作用于探测器上重量超轻的光帆。这个项目认为，如果宇宙飞船足够小——小到不足一克重——光帆又足够轻，激光的驱动力就足以使飞船逐渐加速到接近光速的1/5，用大约20年的时间抵达半人马座α星。
米尔纳夫妇期望微型化技术能使这个微型飞船携带摄像机、推进器、电源供应装置、通讯及导航设备，以便能够在与比邻星b擦肩而过时，将所观测到的内容发送回来。希望我们能等来好消息，因为这会为星际航行的下一个难度更大的阶段——载人航行——打下基础。
曲速引擎怎么样？
虽然在《星际迷航》里看起来很容易，但是我们目前所知的一切物理定律都告诉我们，超光速飞行甚或是光速飞行，都是不可能的。这并不是说科学已经就此认输了。受科幻小说家们想象出来的另一种驱动系统的启发，NASA的演进氙离子推进器引擎项目正在研发离子引擎，希望将太空飞船的速度提升到90,000迈(145,000千米/小时)，而所耗燃料比传统火箭要少得多。
但即便是以这样的速度，我们在一代太空探索者的时间里也无法走出太阳系太远。在搞懂如何实现时空翘曲之前，星际航行意味着要搭乘一艘非常缓慢的太空船去向未来。也许最好将这种太空之旅本身视为目标，而不是将其看作实现某种目标的手段。
我们在星际旅行中如何生存？
曲速引擎和离子推进都很诱人，但是如果我们的星际旅行者们甚至在远未离开自己的太阳系之前就因饥饿、脱水或难以呼吸而死去，那么这些技术终究还是没什么用。瑞秋·阿姆斯特朗研究员认为，我们需要开始思考星际旅行的人们在途中身处怎样的生态系统这一问题了。“我们正从以工业视角考虑现实转向以生态视角考虑现实。”她说。
作为英国纽卡斯尔大学试验建筑专业的教授，阿姆斯特朗谈到了“构建有机世界”这一概念，她说道：“该理念所关心的是如何在空间中居住，而不仅仅是设计一个标志性的物体。”她认为，今天的太空飞船或空间站的内部毫无生机，非常工业化。阿姆斯特朗相信，我们应该转而思考一下我们飞船的生态性——在其中栽培什么样的植被，甚至是我们携带什么样的土壤。在未来，她设想了大型的生物群落，充满有机生命体，而不像今天那样，都是些冰冷的金属盒子。我们不能全程睡眠吗？
如何使人们在超过人类寿命长度的太空旅程中保持生存状态是个棘手的问题，针对这一问题受推崇的解决方案是低温休眠、冬眠或某种形式的静止状态。阿尔科生命延续基金项目装满了低温贮藏的身体和头部的设施证明，人们乐观地相信，我们终有一天能够搞清楚如何安全地将人们冷冻和解冻，但同样地，这样的技术目前不存在。
电影《星际穿越》和尼尔·斯蒂芬森的小说《七夏娃》等作品提出了一种建议：由于胚胎不用饮食或呼吸，可以将冷冻胚胎送上星际旅程使其(理论上讲)能够在旅程的艰难环境中存活下来。但是这又引发了“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题：当他们抵达目的地之后，谁来养育这些初到人世的婴儿呢？
星际旅行真的会发生吗？
虽然在本文读者的有生之年可能无法实现，但是在更长的时间范围内，还是有理由持乐观态度的。“自人类存在之初，我们就抬头仰望群星，向它们寄托我们的希望和恐惧，焦虑和梦想。”阿姆斯特朗说道。随着诸如“突破摄星”这样的项目来解决工程问题，“这已经不再只是梦想，而是进入了实验阶段”。