比邻星b星球有液态水？ 七种方式或实现星际旅行

英国《自然》杂志日前刊登的一篇论文引起了前所未有的震动。该论文称，天文学家发现，有类地行星围绕离太阳系最近的恒星——比邻星的轨道运行，且根据这颗行星所处的位置推测，该星球表面可能存在液态水，科学家们将地球的这个“堂兄弟”称作“比邻星b”。

尽管该恒星系统与我们堪称宇宙间的近邻，但它仍然远在4.2光年(大约40万亿公里)之外，如此遥远的距离，我们有可能拜访这个新“现身”的行星吗？

现有的航天器由化学火箭、低推力离子推进器，以及包括利用行星重力场给太空探测船加速的所谓“引力弹弓效应”在内的引力辅助轨道等共同推动。如果使用传统航天器，比如现在用于探测太阳系的机器人探测器等，要花数万年才能到达比邻星。

如果我们想前往太阳系之外的地方，则需要速度更快的设备，比如像“代达罗斯计划”(Project Daedalus)中提到的核聚变火箭等。在最近的报道中，美国趣味科学网站为我们列出了未来有可能帮助人类拜访比邻星或其他宇宙邻居的7种方式。

电子束引爆核动力火箭

“代达罗斯计划”是英国星际学会在1973年至1978年间倡导的研究计划，该计划考虑使用无人太空船对另一个恒星系统进行快速探测，其名称源自希腊神话中修建米诺斯迷宫的工匠代达罗斯。

该计划希望设计出“代达罗斯”航天器——一种重达54000吨的二级核动力火箭，能将一个400吨的机器人探测器提升到光速的12%。如此一来，探测器能在50年内，也就是在一个人的有生之年，到达距离地球6光年远的红矮星巴纳德星(Barnard's Star)。

巴纳德星在很多方面与科学家们最新发现的比邻星类似：它距离地球非常近，正在向太阳系的方向运行，预估公元11800年时，会距地球仅3.85光年，那时它将成为除太阳以外离地球最近的恒星。

“代达罗斯”航天器的火箭将由核聚变提供燃料，使用电子束引爆燃料，例如氦-3，科学家们未来或许可以从月球表面开采氦-3。即便如此，发动机仍然需要消耗数万吨燃料，才能在大约4年内达到其顶级速度(光速的12%)。然后发动机会关闭，“代达罗斯”航天器将在茫茫太空中航行46年，最后到达目的地。因为没有留下任何可供减速的燃料，长达50年的漫长旅行之后，航天器将对目的地系统进行70小时的飞掠，然后加速进入星际空间。

英国伦敦大学伯贝克学院行星科学教授兼太空生物学专家伊恩·克罗弗德称，“代达罗斯”航天器太大了，或许无法从地球表面起飞，因此不得不在轨道上建造，但目前我们还不具备在太空制造航天器的能力。

克罗弗德认为，尽管与“代达罗斯计划”提出之时相比，科学家们现在对该项目背后的科学原理理解得更为透彻，但他认为，巨额的成本以及巨大的技术挑战很可能意味着，要想让类似“代达罗斯”航天器这样的设备朝恒星进发，至少需要100年。

激光点火核聚变火箭

“代达罗斯”项目已成“昨日黄花”，取而代之的是“伊卡洛斯计划”(Project Icarus)。该计划目前正由英国星际协会和伊卡洛斯星际组织携手进行，参与这一项目的工程师们希望能在2100年之前实现星际飞行。

“伊卡洛斯计划”的使命是研制出能到达距地球22光年范围内恒星的航天器，此处的恒星可能拥有宜居的系外行星。这意味着，如果某个行星被证实位于比邻星周围，将成为这一项目的目标星球。

克罗弗德表示，“伊卡洛斯计划”会用新技术、新想法对“代达罗斯计划”的设计方案进行升级。科学家们提议，让核聚变火箭使用另一种不同的核燃料，能被激光而非电子束引爆，美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF)的科学家们在激光点火核聚变领域取得的进步，或许有助于实现这一想法。

再加上电子设备微型化、机器人技术以及纳米技术等领域取得的进步，“伊卡洛斯”航天器可能比预计重达400吨的“代达罗斯”小很多，这意味着可以携带更少的燃料。

用激光驱动光帆行进

不过，克罗弗德表示，我们最好还是将实现星际旅行的赌注压在根本不使用火箭上。科学家们现在正在考虑使用光帆(使用光产生的压力推动负载)来推动星际太空探测器行进。例如，2010年12月8日，日本依靠太阳辐射加速的星际风筝“伊卡洛斯(IKAROS)”飞船，在长达6个月的金星之旅中成功地使用其20米宽的光帆来推动飞船前进。“伊卡洛斯”是由日本宇宙航空研究开发机构开发的试验性太空探测器，也是世界第一个成功在星际空间运行的太阳帆，该太阳帆的名字由日本工程师森治取名自希腊神话中的人物伊卡洛斯。

尽管由太阳光驱动的光帆已成为一种高效探测太阳系的方式，但还不够快，无法在合理的时间内跨越漫长的星际距离。

克罗弗德说，解决办法可能是，在旅行开始，使用功能强大的激光推动光帆以极高的速度行进，直到航天器距离激光源太远而无法从激光束那儿获得更多推动力。

由于驱动激光器将在地球或轨道上建造，星际光帆航天器将不需要在旅程中携带燃料，因此航天器的质量会比较小。

激光驱动的光帆航天器也是“突破摄星(Breakthrough Starshot)”计划的基础，这一计划由俄罗斯知名技术投资人尤里·米勒和英国著名物理学家斯蒂芬·霍金于今年4月份携手宣布，旨在于2036年前制造出一款工作模型，整个项目计划耗资100亿美元。

“突破摄星”计划的目标是开发数千个配备太阳帆的纳米太空飞船“恒星芯片(StarChip)”，飞往离我们最近的恒星系，并发回照片。每个“恒星芯片”的重量仅为几克，依附到一个约4米宽的光帆上。光帆会从一艘位于轨道的“母船”那儿延伸开来，借助地面激光器发射出来的激光，“恒星芯片”和光帆会被加速到光速的15%到20%，这将使航天器能在20年到39年间抵达距离地球4光年的比邻星系统。

加州大学圣巴巴拉分校的宇宙学教授菲利普·鲁宾对“突破摄星”计划背后的概念进行了深入研究。他认为，这一计划面临的最大挑战是制造出足够强大的激光器来驱动光帆航天器。