對於尤里·米爾納這位俄羅斯網際網路企業家和億萬富翁慈善家來說，他資助了世界上最豐厚的科學獎項並尋找外星智慧，天空不是極限——太陽系也不是。今天在紐約，在物理學家斯蒂芬·霍金和其他備受矚目的支持者的陪同下，米爾納宣佈了他迄今為止最雄心勃勃的投資：1 億美元用於一項研究計劃，旨在在一代人的時間內將機器人探測器送往附近的恆星。
米爾納在一份在宣佈前不久釋出的一份宣告中說：“人類的故事是一次又一次偉大的飛躍。55 年前的今天，尤里·加加林成為第一個進入太空的人類。今天，我們正在為下一個偉大的飛躍——飛向星辰——做準備。”
米爾納正在支援的“突破攝星”計劃，旨在將機器人探測器的所有關鍵元件——攝像頭、感測器、機動推進器和通訊裝置——壓縮到微小的克級“奈米飛行器”中。這些飛行器將足夠小，可以使用該計劃計劃幫助開發的其他技術將其加速到極高的速度，包括地面千米級雷射陣列，該陣列能夠透過大氣層發射 100 吉瓦的雷射脈衝，每次持續幾分鐘，以及原子薄、米寬的“光帆”，以藉助這些光束飛向其他恆星。每個撞擊光帆的光子都會給光帆及其貨物帶來輕微的動量；在太空的微重力真空中，吉瓦級雷射器釋放的光子洪流將迅速將奈米飛行器推向相對論速度。
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霍金在釋出會上說：“如果沒有新的推進方法，我們根本無法走得很遠。光是最實用的可用技術。”
每個奈米飛行器都將從發射到地球軌道的母艦上釋放出來，展開光帆並捕捉雷射脈衝，加速到光速的 20%——約每秒 60,000 公里。雷射陣列使用複雜的自適應光學系統，利用可變形反射鏡來保持每個脈衝的相干性和清晰度，以對抗大氣層的模糊效應，每天可能會加速一個軌道奈米飛行器。每個雷射脈衝都將包含相當於太空梭火箭升空進入軌道所產生的能量。
該陣列需要建在南半球乾燥的高海拔地區，可能在智利、南非甚至南極洲的山峰上——在“突破攝星”計劃的主要目標：半人馬座阿爾法星雙星的視線範圍內，它們距離地球 4.37 光年，構成了離我們太陽系最近的恆星系統。美國宇航局已經發射了五艘宇宙飛船，它們的軌跡將它們帶到太陽系之外，儘管即使是最快的飛船也需要 30,000 多年才能到達半人馬座阿爾法星。奈米飛行器將在短短 20 年內完成同樣的星際穿越。由於沒有車載減速能力，它們將在短暫地收集有關半人馬座阿爾法星系統中任何行星的資料後，將其傳回地球，然後 plunge 入更深的星際黑暗之中，超出通訊範圍。
米爾納在新聞釋出會上說：“如果這項任務能夠實現，它將告訴我們關於我們自己以及關於半人馬座阿爾法星的許多資訊。”
“突破攝星”是米爾納“突破計劃”的最新專案，“突破計劃”是一個多學科專案集合，旨在利用私人資金解決關於宇宙生命的存在性問題。去年，同樣與霍金一起，他宣佈了為期 10 年、耗資 1 億美元的“突破聆聽”計劃，旨在搜尋超過一百萬顆恆星和一百個星系，尋找來自外星文明的訊號，以及一項配套的價值 100 萬美元的“突破資訊”計劃，旨在編寫潛在的宇宙通訊，向任何專心致志的外星人廣播。與“突破攝星”一樣，後者涉及有史以來專門用於實現星際飛行的最大一筆資金，這些其他計劃也為其各自的領域提供了類似的資金鉅變——由於其極高的投機性質，這些領域長期以來一直處於聯邦科學資助的邊緣。
宏大計劃，微型宇宙飛船
該專案的認真規劃大約在一年前開始，當時米爾納諮詢了專家，以考慮實際星際旅行的方案。其中一位是艾維·勒布，哈佛大學的天體物理學家，也是“突破攝星”計劃顧問委員會的新任主席，他以在非常規研究課題上取得突破性進展而聞名。
勒布和他的顧問同事指出，我們已經在現代粒子物理實驗中常規地將亞原子粒子加速到接近光速，而且宇宙飛船越小，就越有可能以極高的速度旅行。“剝去 iPhone 的外殼和介面，電子裝置——包括攝像頭和通訊裝置——的重量都在克量級，”勒布說。“這幾乎是奈米飛行器所需的一切，而且由於電子裝置持續的小型化，我們實際上現在就擁有了它。”
在評估和否定了諸如反物質湮滅或核聚變反應驅動的火箭等奇異推進方案後，顧問們將他們的考慮範圍縮小到雷射驅動的光帆，這是一個可以追溯到 1960 年代的概念。他們專注於加州大學聖巴巴拉分校的物理學家菲利普·盧賓的最新工作，他當時正在完成一個“路線圖”，作為美國宇航局資助的一項適度研究的一部分，該路線圖旨在開發微小的雷射驅動星際宇宙飛船。經過細微調整，該路線圖為“突破攝星”計劃提供了一個理論模板，而盧賓現在是該計劃的關鍵科學家之一。
盧賓說：“星際飛行問題有兩個軸。諸如反物質或聚變火箭之類的東西都位於‘真實’軸上。已知的物理定律告訴我們，它們是現實的解決方案，即使我們不知道如何實現它們。諸如曲速引擎和蟲洞之類的東西位於‘虛構’軸上——這些是我稱之為虛構的解決方案，因為沒有人知道如何做到這一點。”盧賓在他的路線圖中詳細描述的雷射推進概念在他的“真實”軸上得分很高，他說，因為“它既現實又可實現。”
盧賓的路線圖列出了任何雷射推進星際任務都必須克服的無數障礙，例如將許多較小的雷射器連線成千米級陣列，以及工程設計輕巧、薄如蟬翼的光帆，使其足以承受陣列的吉瓦級脈衝，以及說服決策者允許建造原則上可以用作武器的雷射系統。探測器還需要使用功率僅為幾瓦的車載雷射器將觀測結果傳輸回地球——這個問題可以透過使用巨型地球雷射陣列作為接收器來解決。但最大的障礙仍然是成本問題：按照目前估計的每瓦雷射功率約 10 美元的價格，今天建造和執行“突破攝星”計劃的 100 吉瓦陣列可能需要花費高達 1 萬億美元。
但即使現在聽起來如此高昂，僅在 10 年前的市場價格也會使其昂貴一百倍。在消費者高速電信系統以及國防相關專案的需求驅動下，巨型雷射陣列關鍵技術的成本現在正以大約每 18 個月降低 2 倍的速度下降，盧賓說。這些指數級的變化率表明，在 10 年內，巨型雷射陣列的每瓦成本將從 10 美元降至 10 美分。“突破攝星”計劃實際上是關於選擇核心技術進行大規模擴充套件，並研究是什麼阻止或促成這種擴充套件，”盧賓說。“如果未來 30 年每瓦成本保持不變，我們將遇到大麻煩。”
然而，根據勒布的說法，另一個障礙是一個更微妙的社會現象：“嘲笑因素”，或者說人們傾向於嘲笑遙遠的概念。“科學或技術的任何革命都有一個初始階段，人們會嘲笑它，”勒布說。“有時笑聲是受到對論點的有效批評的啟發，但也可能是因為某些東西看起來非常不同和奇怪……可以肯定的是，主流科學界從事的研究是你本不應該嘲笑的研究——讓我們說，嘲笑因素為零的研究——一直在嘲笑錯誤的事情上犯下重大錯誤。”
“我們是認真的人，”勒布繼續說道。“我們將 выяснить 這個專案是否可行，如果不可行，我們將承認這一點並繼續前進。”
半人馬座之夢
根據盧賓調整後的路線圖，米爾納的 1 億美元大部分旨在資助研究贈款，以開發解決該專案確定的約 20 個主要技術障礙的方案。然後，這些解決方案將用於原型系統，該系統可能會再花費數億美元來建造。如果光子學和電子技術繼續其成本暴跌和效能飆升的趨勢，那麼組裝一個功能齊全的系統將需要與世界當前數十億美元的科學專案（如大型強子對撞機和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡）相同規模的資金——米爾納個人無法提供這種資金。政府將是一個可能的贊助商；億萬富翁慈善家團體將是另一個贊助商。“突破攝星”計劃董事會的第三位成員是馬克·扎克伯格，他是 Facebook 的富有創始人兼執行長。
米爾納說：“這必須被視為一項集體努力，因為這是唯一可行的方法。如果我們能夠在我們有生之年完成這件事，正如我們所希望的那樣，那將非常令人興奮，但如果不能，我們將把它傳遞給下一代——不是作為一個想法，而是一個已開發的路線圖和技術。我們離這並不遙遠——只有幾十年……這 1 億美元旨在持續未來幾年，專注於我們發現的每一個潛在的致命問題，看看我們能走多遠，以及我們是否會遇到任何障礙。”
除了目前缺乏硬體和全額資金外，“突破攝星”計劃的計劃中還缺少一個關鍵專案：目前還沒有確定的半人馬座阿爾法星中的行星目標。2012 年，一個歐洲天文學家團隊宣佈他們發現了一顆地球大小的行星，它在一個系統中的兩顆恆星之一週圍進行了為期三天的軌道執行，但進一步的調查對這些說法產生了嚴重的懷疑。根據“突破計劃”主席皮特·沃登（NASA 艾姆斯研究中心前主任，現任“突破攝星”計劃主任）的說法，該組織還計劃啟動第二個相關的計劃，以建造新的地面儀器，甚至可能是一架小型太空望遠鏡，以搜尋和研究半人馬座阿爾法星可能存在的行星。這些儀器和望遠鏡也可以用於其他附近的恆星，可能會揭示更多星際航行的目標。最終，數百萬計的奈米飛行器可能會在光子的推動下散開，探索更多的恆星，從而改變我們在銀河尺度上的所作所為和所知。
沃登說，除了使實際的星際飛行成為現實外，“攝星”計劃還可能對更貼近地球的其他應用產生變革性影響。“攝星”計劃的最終雷射陣列可以證明對於探測和表徵潛在威脅近地小行星非常有用，其許多可變形反射鏡可以重新用於使該陣列成為一個巨大的望遠鏡，用於收集星光而不是產生雷射束。雷射器還可以為奈米飛行器提供動力，使其快速飛掠太陽系的所有行星，以每次幾十萬美元的價格在幾個小時內將探測器送往火星，或在幾天內送往冥王星。
沃登說：“一旦我們發射這些東西並提供另一顆恆星周圍行星的特寫影像，就開始定義整個人類和人類的未來。如果這項計劃奏效，它將改變我們對自身作為一個物種和一個星球的看法。”
目前，“突破攝星”計劃的規劃正在改變“突破計劃”組織的成員如何看待其其他相關專案，例如“突破聆聽”計劃，該計劃旨在收聽來自宇宙文明的有意或無意的傳輸。如果我們能夠尋找其他恆星系統中潛在的可居住行星，並使用雷射將微型宇宙飛船艦隊送去進行調查，那麼就沒有理由假設我們是銀河系中唯一這樣做的文明。宇宙飛船本身基本上是不可見的：克級星際探測器以光速的 20% 撞擊地球高層大氣層將釋放大約一千噸的能量，這與米級太空岩石定期轟擊我們地球產生的空爆無法區分，這種轟擊大約每年發生一次。然而，如果它進入地球上更強大的地面天文臺之一，推進此類探測器的雷射發出的光線可能會被探測到。“突破聆聽”計劃的大部分工作都圍繞著尋找透過無線電波交談的健談外星人的跡象，但該專案也資助搜尋來自星際空間的任何雷射閃光。
在週二新聞釋出會前準備好的發言中，斯蒂芬·霍金解釋了他對該專案的支援，認為這與其說是為了科學，不如說是為了生存。霍金說：“地球是一個美好的地方，但它可能不會永遠持續下去。遲早，我們必須仰望星空。‘突破攝星’是邁向這一旅程的非常令人興奮的第一步。”
勒布同意。“在某個時候，我們必須找到地球之外的替代居住地，就像任何偉大的旅程一樣，這必須從第一小步開始——你不能 просто сдаваться，”他說。“記住奧斯卡·王爾德說過的話——‘我們都生活在陰溝裡，但我們中有些人卻在仰望星空。’當我晚上仰望星空時，它們看起來像一艘巨大的宇宙飛船上的燈光，在太空中航行。每次我都會問自己同樣的問題：在那些燈光附近，這艘巨大的飛船上還有其他乘客嗎？如果這個專案能夠實現，我們可以拜訪他們並 выяснить 答案。”