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星际旅行知多少

《星际迷航》系列影视作品相信很多人都看过,里面装备最先进的宇宙飞船“进取号”,在星云里极速前进,在太空中引发绚丽的辉光,这一美景简直让天文爱好者们着迷。

但现实中,这一场景有没有可能真的实现呢?假设我们现在正在为人类策划第一次星际旅行,我们应该从哪里着手呢?

选择目的地

不管何种旅行,我们第一步要做的就是选择目的地,为星际旅行选择目的地更不能马虎。首先要考虑的应该是距离问题。科学家们发现,半人马座α星位于距离地球约4.37光年的地方,是太阳最亲密的邻居。位于天空南方的半人马座α星,是三颗恒星由于引力的作用聚集在一起而组成的聚星系统。这三颗恒星分别是:半人马座α星A、半人马座α星B,以及半人马座α星C。其中半人马座α星A与半人马座α星B是一对双星,第3个成员半人马座α星C是一颗红矮星(指表面温度低、颜色偏红的矮星),因为它距太阳只有4.24光年,是离太阳最近的恒星,所以也称为比邻星。由于距离上的绝对优势,包括《星际迷航》在内的科幻作品都把半人马座α星想象成人类的第一个星际旅行目的地。

为此,科学家们格外关注这里。2012年,科学家们惊喜地发现,有一颗行星正围绕着半人马座α星B进行轨道运行。奇怪的是,三年之后,这颗行星再也找不到了。不过科学家表示,这颗行星的温度太高,不适合人类居住,即使它仍然存在,也不能作为人类星际旅行的目的地。而在2016年,科学家们发现了一颗围绕比邻星的行星,叫做比邻星b。该行星位于适居带内,其表面也许有液态水。

这样一来,目标选定比邻星b即可。接下来,我们只要搭乘一艘像“进取号”那样的宇宙飞船,就能开始我们的星际旅行了。

驱动一艘飞船

对于宇宙飞船的研究,科学家们也是锲而不舍。1958年,美国政府发起了一项“猎户座”计划,打算造一艘至少可以搭载40名宇航员的巨无霸太空船,并使用核弹作动力,将其送往火星、木星或土星。这项计划聚集了当时世界上最顶尖的科学家,并投入了大量的资金。“猎户座”太空船的工作原理是:让太空船携带数千枚小型核弹,当飞船需要动力时,宇航员就从船尾释放出一颗核弹,接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘,当飞船驶出一定距离,核弹将在飞船后面爆炸,蒸发掉塑胶圆盘,将其转化成高热的等离子浆。这些等离子浆会向四面八方冲击扩散,其中一部分将会撞击太空船尾部巨大的金属推进盘,从而推动太空船高速行驶。

研究人员计算出,这艘船的速度可以达到光速的5%,以这个速度从地球到达半人马座α星大约需要90年。然而,1963年的《全面禁止核试验条约》(禁止在大气中进行核爆炸)和1967年的《外太空条约》(禁止在太空中进行核爆炸),直接导致了“猎户座”计划胎死腹中。

但是,有没有一个不那么具有爆炸性并且能达到同样目的的推进系统呢?英国星际学会在上世纪70年代重新回顾了“猎户座计划”,并提出“代达罗斯计划”。“代达罗斯计划”以更强大且更加环保的核聚变力量代替核弹,为飞船提供动力。它的推进系统不像“猎户座”太空船那样在外部爆炸,而是使用内部的发动机,在一个磁场构筑的“燃烧室”中,向小燃料球发射电子束,产生离子。这种用磁场限制离子浆的办法明显比“猎户座”太空船更高效,因为“猎户座”太空船核弹爆炸产生的能量只有小部分投射到了船体上转化为动力。据有关数据显示,“代达罗斯”探测飞船的质量为5.4万吨,其中推进装置重量就占了5万吨。预计经过持续4年的加速后,代达罗斯探测飞船的飞行速度可以达到光速的1/8,这就意味着它从地球到达半人马座α星仅需要40年。

太空飞城

可以想象,一趟星际旅行需要花费的时间会非常长。实际上,我们所搭乘的宇宙飞船,会更像是自己生活的城市,也就是科幻小说里所描述的星际方舟。

著名的航天科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和罗伯特·戈达德曾提出星际方舟的想法。他们认为,星际方舟起码要花上几千年的时间才能到达目的地,所以这艘方舟上至少需要成千上万的人,才能维持长期的自然繁衍。这一想法深受20世纪中期的科幻小说作家们欢迎。罗伯特·海因莱因(美国现代科幻小说之父) 在1941年写的两篇小说中,描述了一艘飞船,这艘飞船花了很长的时间才到达目的地,以至于船上的人早已经忘记了他们是船上的乘客。相反,他们认为这艘大型飞船才是他们生活工作的家园。

另外,让人们进行一个长达几百年甚至几千年的航行,可能还会引发一些社会问题,例如,在航行过程中,这些人的后代将在行星之间的虚空中出生,这些新诞生的生命到底算是地球人,还是外星人?

几千年对人类而言是相当长的一段时间,这意味着数百代人将以全部的生命致力于星际间的旅行。这样看来,“猎户座计划”所需的90年和“代达罗斯计划”的40年就让人容易接受多了。

疯狂的创意

不过,即使是几十年,又有多少人会自愿参加这样的远征呢?

为了解决这个问题,科学家们提出了一些更有创意的想法。可能有些想法有点疯狂。

一种是用“蛋船”的方式。这是科学家的一种大胆的设想:将低温保存的人类胚胎,或配子(卵子和精子)送入深空。到达目标星后,胚胎就会发育成人。科学家们相信,在本世纪内,没有母亲的分娩可能成为一种现实。从理论上讲,我们将能够在几个世纪内把冷冻保存的胚胎送入太空,它们将在各自的保温舱里发育成新生婴儿。然后,我们所需要的只是机器人保姆来抚养和教育这些婴儿。科学家们有足够的信心,随着人工智能的快速发展,机器人保姆的想法应该不难实现。

虽然蛋船的想法看似可行,但是由此引发的伦理问题还有待商榷。

还有一种设想就是“假死”。从我们现在的常识来讲,“假死”听起来似乎有点天方夜谭,但日益进步的医学科学确实有望使人类进入安全的长期冬眠状态。

其实在临床治疗中,有意地将病人的体温降低几度是较常规的做法。这种做法用以诱导病人在心脏停搏之后进入轻微的低体温昏迷,从而减少这段时间的氧气损耗,使得病人在经过治疗后,其大脑不会发生再灌注损伤(指遭受一定时间缺血的组织细胞恢复血流后,组织损伤程度迅速增剧的情况)。而在一些较先进的临床试验中,创伤外科医生会在病人严重失血的情况下,将他们的温度降至接近冰点,病人在整个过程中的状态基本与冬眠无异——这是真正意义上的假死。

不过,这个假死的过程目前仅可以持续两到三个小时。科学家表示,随着科技的不断进步,这一假死的持续时间可以延长,最终我们可以让人们睡得足够久,以至于让整个星际旅行在睡眠中度过。但是长期的冬眠,会对人类的各项机体产生怎样的影响,当他们苏醒时会变成什么样,我们没办法预测。

总之,科学家们还在不懈地努力,使星际旅行离我们越来越近。说不定在不久的将来,以上这些都将成为现实,人类第一次星际旅行会是何种壮景,让我们拭目以待。

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