本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
在與從事系外行星科學的人們交談時,有時會出現一個推測性但引人入勝的討論;假設我們在相對較近的恆星(小於約 30 光年)周圍發現一顆明顯類地行星,也許甚至在半人馬座阿爾法星成員之一週圍,距離略高於四光年。讓我們進一步假設——可能是藉助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,或者下一代地面超級望遠鏡——我們收集到大氣層的證據,甚至發現大的化學線索,表明這個世界上可能存在生物圈。接下來我們該怎麼辦?
有一些相當平凡的答案——製造更好的儀器,獲得更好的統計資料——這可能是最現實的,但也有一種揮之不去的想法,那就是接下來要做的事情是找到一種方法來近距離研究這樣的行星。如果喝了足夠的咖啡,那麼問題就變成找到一位方便的託尼·斯塔克,他願意投入數千億美元用於星際機器人探測器,以追求榮耀(或者可能給他的現實生活榜樣,SpaceX 的埃隆·馬斯克打電話)。但是有一個問題,除非你打算進行一次非常長的往返旅行,否則你如何將資訊傳回?雖然我們現在非常擅長接收來自遙遠航天器的訊號——甚至來自旅行者 2 號,它距離地球超過 100 個天文單位——但從幾光年外獲取資料將非常困難。所需的發射功率,以及星際閃爍,可能是主要的障礙。
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一個在各種偽裝下出現的解決方案,甚至在馮·諾伊曼探測器和行星際網際網路的想法中也出現過,那就是你不僅僅傳送一個探測器。相反,你傳送一連串探測器——串在繩子上的珍珠——即使不能單獨直接傳回地球,它們也能夠相互通訊。這將需要很長時間,但隨著鏈條的最遠端逐漸靠近目標恆星系統,我們將獲得持續的反饋,隨著我們緩慢穿越星際空間,資料將持續中繼。在太陽系最外層的實際極限處——相當於網際網路“骨幹網”——建立最大的接收器和發射器,並與地球保持清晰的線路可能是最佳選擇。那麼,你需要多少個探測器才能到達像半人馬座阿爾法星這樣的地方?
這個系統距離我們約 278,000 個天文單位 (AU)。如果我們樂觀地認為我們可以製造出能夠進行數百個天文單位範圍內高頻寬雙向通訊的探測器,那麼我們談論的是一千個或更多的裝置。這聽起來非常具有挑戰性,但請記住,我們(作為某種假設的極其耐心的物種)可能不期望探測器 1 號在幾萬年內到達半人馬座阿爾法星。我們只需要大約每十年發射一次。即使每個探測器花費 100 億美元(考慮到最初幾個模型之後成本降低),在這個時間尺度內也只是九牛一毛。與此同時,我們擁有一條不斷延伸到星際空間的觸角。作為一個具有創新精神的物種,我們無疑會想到越來越多美好的東西新增到探測器中,從而提高科學回報。
為發射器和接收器供電,以及確定其天線或碟形天線的尺寸仍然是一個問題。考慮到到達目標恆星的時間尺度,即使是放射性同位素也會逐漸衰減(裂變反應堆是不可行的,燃料燃燒得太快——但或許攜帶濃縮鈾是一種選擇,正如一位評論員在早期的“無限生命”帖子中討論的那樣)。我個人認為,用化學能補充裂變材料實際上可能是最佳選擇;攜帶儲存的天然冷卻的氧化還原組分,定期混合它們,並在需要功率提升時為電池充電,這是終極燃料電池。
提高通訊效率的一種方法是使用雷射而不是更傳統的射頻發射器。1994 年,噴氣推進實驗室的 Lesh、Ruggier 和 Cessarone 寫了一篇有趣的研究,他們在研究中得出結論,從 4 光年外的半人馬座阿爾法星附近進行傳統無線電通訊,需要兆瓦級的功率,或許可以用輸出功率為 20 瓦的調製雷射器代替(另請參閱 Paul Gilster 在 Centauri Dreams 上的這篇精彩文章)。頻寬並不令人興奮,大約每秒 10 位元(那時沒有 Netflix 流媒體),但嘿,夥計們,它來自另一顆恆星附近。顯然,如果改用串珠式宇宙飛船配置,則平均通訊鏈路距離可以大大縮短,並且頻寬和訊號鎖定難易程度可以大大提高。
都是過度咖啡因刺激的推測?也許吧,但如果我們真的認真考慮跨越界限,那麼確保我們不會丟失訊號將是一個非常現實的問題,而構建我們痴迷資訊的物種網際網路的最外層肢體可能是將宇宙帶回我們身邊的最簡單方法。
這篇文章是對 2010 年一篇舊的“無限生命”文章的重新加工。它似乎是對之前關於質量效應和費米悖論的帖子的恰當後續,也許是我們接下來走向何方的一絲曙光……
