发现
近邻的恒星是什么样子的?那里有行星吗?如果有的话,与地球类似吗?“向邻近的恒星发射一个无人探测器一探究竟”,这个梦想能不能实现,其关键在于推进技术。
距离太阳系最近的恒星就是半人马座α星。严格来说,半人马座三合星中的比邻星才是最近的,它到地球的距离只有4.22光年。考虑到我们的太阳所属的“银河系”的直径就有10万光年,可以说是非常近的了。
2012年10月,人类在半人马座α星周围首次发现行星,也就是说在只有4.37光年的地方发现了行星,因此“想登上那个行星去看一看”也是很自然的想法。这样的想法也许过于乐观,但哪怕只是送去一个探测器,也是好的。
无尽的4.37光年
话虽如此,事情可没有这么简单。虽然前面说“只有4.37光年”,实际上对人类来说遥远得几乎没有尽头。所谓4.37光年,是指光行进4.37年(4年又4个半月)所走过的距离。宇宙中,光是最快的,其速度为每秒大约30万公里,所以4.37光年大约是41万亿公里的距离。
说41万亿公里,直观上不太容易感受它的远近。让我们来对比一下人造物体所到达的离地球最远的距离吧。
最远的人造物体是美国宇航局(NASA)在1977年发射的“旅行者1号”探测器。现在,旅行者1号依然在不断地飞离地球,现距离我们大约180亿公里。而海王星(太阳系最外侧的行星)的轨道半径大约为45亿公里,折算下来,旅行者1号已经走了这个距离的近4倍远。这是非常了不起的事情。
即便如此,旅行者1号前进的这180亿公里,也不过是到邻近恒星的距离的0.044%。请看页眉处的黄色条带,带子的长度代表到邻近的恒星的距离(41万亿公里=4.37光年)。而旅行者1号前进的距离,则只有本页中黄带左端的红色部分而已,与条带的全长比起来,几乎可以忽略不计。由此,我们可以感受到邻近恒星的距离到底有多远了。
旅行者1号的速度,相对太阳为每秒17公里。现在假设它是向着半人马座α星前进(其实不是),那么将在8万年后到达。显然,这样的航行太花时间了。另一方面,在科幻题材中出现的所谓“瞬间移动”之类的方法在现实中是不可能的。为了减少航行的时间,只能通过大幅度地提高探测器的速度来实现。
本文设定的目标,是让无人探测器用50年的时间到达半人马座α星。这样一来,要求探测器的速度要达到光速的10%(每秒3万公里),超过旅行者1号1000倍以上。
为了提高探测器的速度,必须投入更多的能量。根据计算得知,探测器的速度要想提高1000倍,投入的能量必须增加100万倍,也就是说,在燃料种类不变的前提下,携带燃料的总量就得增加100万倍。所以,不得不囤积大量的燃料,探测器的质量就会相应大幅上升,而用来加速这些额外质量,还要花费大量的额外能量。实际上,建造那么大的探测器是不可能的。因此,只能采用更加高效的推进方式。

(更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2013年第4期)
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