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大疑问:人类为什么要进行星际探索?

发布时间:2019-02-01 12:45:16  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:204

      “星际研究倡议”公司联合创始人凯文•朗呼吁向附近恒星系统派遣无人飞船,对它们进行实地勘测。凯文指出星际探索任务能够对人类产生深远影响。在所有收益中,最大的成果莫过于发现生命。即使只发现简单的微生物群落,也具有巨大的科学意义。如果能够发现智能生物,所能产生的影响更是无法估量。星际探索任务将回答一个终极疑问——人类在宇宙中是否孤独?
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      巴萨德冲压发动机艺术概念图,在设计上用于上演星际旅行
      2015年7月14日,美国宇航局的“新地平线”号飞船创造历史,成为人类历史上第一艘飞掠冥王星的无人飞船。2018年12月31日,它再次创造历史,成为第一艘与柯伊伯带天体“天涯海角”会合的飞船。最近,“旅行者2”号进入星际空间,成为继“旅行者1”号后第二艘取得这一成就的飞船。
      鉴于这些成就,我们也就不难理解科学家为何严肃对待星际探索任务的提议。为何要进行星际探索?这种探索任务能够给人类带来哪些福祉?最近,“星际研究倡议”公司联合创始人和星际飞行的主要倡导者凯文·朗发表了一篇论文,呼吁向附近恒星系统派遣无人飞船,对它们进行实地勘测。
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      艺术概念图,“新地平线”号造访“天涯海角”
      这篇论文名为“星际探测器对天文学和天体物理学的益处”,于最近出现在互联网上。在2019年10月10日举行的第47届国际宇航科学院未来空间天文学和太阳系科考任务研讨会上,凯文将阐述论文中的相关内容。本届研讨会是第70届国际宇航大会的一部分,将围绕航天机构的战略和计划展开。
      凯文在论文中指出借助无人探测器进行的天文学/天体物理学研究(尤其是在使用太空望远镜的情况下)以及深空探索任务,能够对人类产生深远影响。他在接受“今日宇宙”网站采访时表示:“天文学研究丰富了我们的知识,加深了我们对太阳系、星系和宇宙起源及演化的认知。这是一项人类已经持续了数万年的活动。从第一次仰望夜空的那一刻起,人类就对宇宙充满好奇。我们永远无法触碰恒星,但我们能够对它们进行观测。借助相关科学仪器,我们能够与它们进行更亲密接触。电磁波谱的发现帮助我们以一种前所未有的方式了解宇宙。”
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      美国宇航局的“旅行者1”号和“旅行者2”号,都已经逃离太阳风层。太阳风层是太阳形成的一个保护泡,延伸到冥王星轨道之外
      现在,人类对行星和其它天体的直接研究还仅限于太阳系范畴。作为迄今为止飞行距离最远的无人飞船,“旅行者1”号和“旅行者2”号都已经逃离太阳风层并进入星际空间。不过,逃离太阳风层并不意味着两艘飞船已经飞出太阳系。所有这些任务极大地丰富了我们的学识,让我们进一步了解行星形成、太阳系以及地球的历史和演化。
      最近几十年,哈勃、斯皮策、钱德拉和开普勒望远镜以及凌星系外行星巡天望远镜(TESS)发现了数千颗系外行星。这些发现激发了科学家升级任务,对系外行星进行直接勘测的兴趣。与探索水星、木星、谷神星、灶神星和冥王星的“信使”号、“朱诺”号、“黎明”号和“新地平线”号一样,星际探索任务将充当地球与星际空间的一座桥梁,向地球传回遥远行星的图像和数据。
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      “代达罗斯”号星际飞船艺术概念图
      凯文表示:“我们是仅仅满足于从远处观测还是派飞船前往?太空探测器拥有远程遥感所不具备的优势,能够直接从轨道进行科学考察,甚至实施登陆任务。在浩瀚的宇宙,地球和太阳系不过是沧海一粟。对遥远的系外世界进行探索并非一个疯狂的想法。”
      当然,探索系外世界将面临一系列重大挑战,不仅仅是成本问题。阿波罗计划耗资254亿美元,相当于现在的1437亿美元。向另一个恒星系统派遣飞船可能耗资数千亿,甚至数万亿美元。凯文表示所有这些挑战可分为两种——技术问题和政治意愿。我们首先要解决技术方面的挑战。现在,我们缺少星际旅行所需的成熟技术。
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      “黎明”号飞船
      他说:“与所有飞船一样,星际探测器需要配备相应的电力、推进和其它系统,如此才能顺利抵达目标并获取数据。在我们有生之年建造一艘速度足以完成最近恒星系统之旅的飞船以及相应的推进系统,绝非一项简单任务。在性能方面,星际飞船要领先其它所有技术数个数量级。从物理学和工程学的角度,我们对如何操控星际飞船有着深入了解。我们需要的是集中人力物力和财力实施一项计划,让星际飞行成为可能。”
      造访距太阳最近的恒星是一场异常漫长的旅途。借助当前的技术,一艘飞船需要1.9万到8.1万年才能抵达半人马座阿尔法星。即使采用核动力推进系统(一项具有可行性,但尚未验证的技术),也需要1000年。
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      伊卡洛斯协会的概念星际飞船
      第二个重大挑战是缺乏政治意愿。现在的地球面临诸多挑战,包括人口过剩、贫困和气候变化。这些问题的本质是,人类必须在资源不断减少的同时满足数十亿人口的需求。凯文指出:“鉴于地球上存在的各种问题,批准执行星际探索任务似乎不合时宜。很显然,发现一颗拥有潜在生物群落的系外行星可能改变这种现状。私营部门拥有实施这些任务的潜力,但它们很可能等到未来才挖掘这种潜力。现在,绝大多数私人努力都聚焦月球和火星。”
      不过,例外总是有的,其中就包括突破基金会发起的摄星计划。凯文指出突破摄星计划旨在派遣一艘只有几克重的探测器,20年内抵达比邻星。该计划提议的飞船将采用光帆,利用激光将飞船的速度提升至每秒6万公里,大约相当于光速的20%。
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      突破基金会发起的摄星计划旨在上演人类的第一次星际旅行
      另一个类似的概念任务是“蜻蜓计划”。这一概念由托比亚斯·哈菲纳率领的一支国际科学家小组提出,脱胎于一项概念设计研究。有趣的是,突破摄星计划的灵感也来自于这项研究。蜻蜓计划也建议采用激光驱动的光帆,将飞船提升到相对论性速度。不过,“蜻蜓”飞船的重量远超“摄星”飞船,可以携带更多科学仪器。抵达目的地时,“蜻蜓”飞船将利用磁场减速。
      虽然这些任务可能耗资数千亿美元,但鉴于所能取得的一系列令人兴奋的成果,凯文还是认为“物有所值”。他说:“近距离观测其它恒星系统能够让我们更深入地了解太阳系如何形成,以及恒星、星系、黑洞、暗物质和暗能量等奇异现象的特性。此外,星际探索任务也能改进我们对外星球生命演化潜力的预测。”
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      “旅行者2”号艺术概念图
      以相对论性速度进行星际旅行的飞船还可能发现新的物理学定律。现在,科学家通过量子力学和广义相对论了解宇宙,前者在亚原子尺度揭示物质行为,后者则从恒星系统、星系和超星系团等最大尺度窥探宇宙的奥秘。迄今为止,所有寻求大统一理论——也被称之为“万有理论”,旨在将量子力学与广义相对论统一起来——的努力均以失败告终。星际探索任务有助于科学家提出新的统一理论,进一步了解宇宙作为一个整体的运转机制。
      在星际探索任务的所有收益中,最大的成果莫过于发现生命。即使只发现简单的微生物群落,也具有巨大的科学意义。如果能够发现智能生物,所能产生的影响更是无法估量。星际探索任务将回答一个终极疑问——人类在宇宙中是否孤独?
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      反物质火箭星际探索系统(VARIES)艺术概念图
      凯文称:“智能生物的发现将成为一个‘游戏规则颠覆者’。我们可以与这些生物进行接触,分享彼此的学识。这将对我们的科学研究以及我们的哲学产生深远影响。考虑到‘人类如何起源’这个古老问题,星际探索任务具有非凡的意义。”
      在实施任何星际探索任务前,我们必须完成大量准备工作。首先,我们要解决技术层面的挑战,即使对突破摄星这样在技术上具有可行性的计划也是如此。此外,我们还要解决以相对论性速度进行星际旅行所带来的一系列潜在风险。在正式放飞星际飞船前,我们需要敲定最佳目的地,以便让投资回报最大化。在这方面,传统天文学和天体物理学将扮演重要角色。
    大疑问:人类为什么要进行星际探索?
      “探路者”号星际飞船艺术概念图
      凯文表示在造访其它恒星系统前,我们首先要确定探索任务的科学价值。这需要借助远程天文观测平台。扬帆起航后,星际飞船将帮助科学家校准宇宙尺度下的测量,同时改进天文观测仪器。随着星际探索任务的实施,人类将进一步丰富宇宙学知识同时扩大自身在宇宙中的存在。
      我们可能需要等待几十年,才会投入人力物力财力和时间,实施星际探索任务。星际旅行无疑是一项令人兴奋的提议,更是一个具有历史性意义的大事件。解决所有相关技术和后勤挑战,可能只是一个时间问题。获取最近恒星系统的数据具有无与伦比的意义。为了让星际探索的梦想照进现实,我们不仅要解决技术方面的挑战,同时还要提高政治意愿,否则一切都只是空谈。