比三体人的水滴快10倍！仅需20年，就能抵达最近的恒星系( 二 ) 光帆宇宙飞船的想象图

用激光替代阳光
毕竟，太阳只是无差别地向四面八方辐射能量，我们或许可以用更强的激光，定向给光帆提供动力。而这，就是宾夕法尼亚大学副教授伊戈尔·巴加廷（IgorBargatin）团队的想法了。巴加廷教授直截了当地表示：“如果我们想要在有生之年的时间内抵达另一颗恒星，那就需要相对论级别、接近光速的速度。 ”
他们的论文发表在《纳米快报》上。根据论文的描述，他们设想了一种光帆。这张光帆直径大约3米，厚度却仅有100纳米，质量仅1克。科学家可以从地球上向它发射激光，为其提供动力。就像帆船在大海中航行一样，强大的光压会让光帆呈圆弧形，这能让光帆更好地分散张力，减小被撕裂的风险。光帆的材料则选用氧化铝和二硫化钼，都是比较容易获取的材料。
根据巴加廷团队的模拟，这张直径3米左右的光帆，能搭载一枚芯片大小的探测器，加速到光速的20%左右。虽然荷载只有一枚芯片，听起来比《三体》中“只送大脑”的“阶梯计划”还要寒碜。不过一想到速度能达到0.2倍光速，比三体人的水滴还要快，似乎也不难接受了。

文章图片
激光强度不同时，光帆加速距离和温度的模拟。图片来源：NanoLett.2022,22,1,90–96
这个科幻般的场景是俄国富豪尤里·米尔纳突破倡议（BreakthroughInitiatives）的一个子项目所要达成的目标，项目名为突破摄星（BreakthroughStarshot）。 2016年，史蒂芬·霍金和尤里·米尔纳曾一起宣布该项目正式启动。他们的目的就是建造能20年内抵达比邻星的探测器，因为它是距离我们最近的恒星。
不过，除了距离上的原因外，比邻星的确处在一个很有趣的系统里面。就像在《三体》里写的一样，比邻星处在一个三星系统中，并且它有一颗名为比邻星b的行星。比邻星b距离比邻星很近，比邻星的恒星活动还非常剧烈。比邻星b整颗行星就很容易被比邻星的耀斑烤焦。澳大利亚帕克斯望远镜甚至还宣称在突破聆听（Breakthroughlisten）计划中收到过来自比邻星的神秘射电信号，不过这后来被证明是干扰。
保证散热
给一个物体简单粗暴地提供大量的能量，使其达到极高的速度，不是什么难事。早在1957年8月，美国在核试验项目Plumbbob行动中进行地下核试验时，一个钢质井盖就被核弹炸上了天。科学家估计这个井盖的速度超过每秒66千米，甚至有人怀疑它早于苏联的斯普特尼克1号（于当年10月4日进入太空），是人类第一个送入太空的物体。不过后来的分析显示，这个井盖很可能因为过热，在飞出地球大气层之前就已经气化了。
当然，这样的激光光帆要承受的能量是太阳光帆的数百万倍。如果不做好光帆的散热，那为光帆提供动力的激光源就妥妥变成了一个激光武器，而光帆就会像那个被核弹轰击的井盖一样，瞬间被摧毁。
这就是加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）副教授阿斯瓦特·拉曼（AaswathRaman）团队考虑的事情。在发表于《纳米快报》的一篇论文中，研究团队提出了一种“光子晶体设计”的方案。他们认为，光帆必须由许多较小的织物组成，织物的排列必须和广泛热辐射的波长相匹配。而对于单块织物，其上还必须均匀分布着和入射激光波长相匹配的孔洞。这样，光帆就能在获得足够动量的同时，还能充分散热，避免熔化、解体。团队成员表示，他们未来将小规模制造这样的结构，并用高功率激光验证设计的可行性。
不过，所有人都表示，想要真的实现实用的、能达到20%光速并运送一颗芯片的光帆，可能还需要几十年的时间。不过至少，已经有人证明，激光光帆在原理上是可行的。巴加廷教授表示：“几年前，就算是做一些理论上的工作都被认为是不着边际。现在，我们不仅有了设计方案，并且所用的材料还是在实验室中实际可用的材料。 ”
其实，对于星际旅行技术的发展倒也不必非常悲观。毕竟在1903年，你问刚刚实现动力受控飞行的莱特兄弟，让他们畅想未来。恐怕他们怎么也不会想到，仅仅60多年后，阿姆斯特朗就在月球上踩下了人类的一大步。人类登月到现在的50多年间，虽然人类在航天技术上的进展虽然看起来没有冷战期间那般疯狂，但从整体上看，科学从未停下它前进的脚步。
从这个角度来看，星际旅行、激光光帆、20%光速、20年抵达比邻星，这些充满科幻色彩的名词，似乎也不那么遥远了。