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← 人类如何抵达其他星球

我们可以离开太阳系,进入另一个星系吗? 天体物理学家菲利普·鲁宾(Philip Lubin)讨论了使用激光推进小型航天器的巨大潜力,这是人类首次执行星际飞行任务。 了解这项变革性技术如何帮助我们到达距离我们最近的恒星比邻星,并从根本上改变我们对宇宙的理解。

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Showing Revision 11 created 10/11/2020 by Yolanda Zhang.

  1. 这里是利福尼亚大学
    圣巴巴拉分校,
  2. 接下来,我们会共同讨论
    一个全人类的梦想:
  3. 离开我们的太阳系,
  4. 进入另一个太阳系。
  5. 解决方案实际上就在我们的眼前。
  6. 我身上有两件东西,你们也有:

  7. 一块手表,和一个手电筒,
  8. 至少在你们的手机上
    都可以找到。
  9. 手表用来查看时间,
  10. 手电筒则可以照亮
    我周围的环境。
  11. 就像艺术一样,对我而言,
    科学就是一盏明灯。
  12. 我想以不同的方式看待现实。
  13. 当我打开手电筒时,
  14. 周围立刻就变得明亮起来,
    视野也开阔了。
  15. 你可以看到,

  16. 手电筒发出的光——
  17. 我手上的光不仅照亮了我的手,
  18. 它实际上也推动着我的手。
  19. 光伴随着能量和动量。
  20. 所以答案并不是
    要用手电筒制作宇宙飞船,
  21. 而是要让光
    以这种方式产生推力,
  22. 而航天器以这种方式移动——
  23. 就是我们今天
    用化学燃料所实现的。
  24. 答案是这样的:
  25. 将手电筒放在地球上的某个地方,
  26. 在轨道或月球上,
  27. 然后将其照射在反射器上,
  28. 从而推动反射器,
    让其能够以接近光速移动。
  29. 那么问题来了,
    如何做出足够大的手电筒?

  30. 很明显,我手里的手电筒
    起不到什么效果,
  31. 我的手也没有感受到任何推力。
  32. 那是因为这股力量非常非常小,
  33. 那么解决此问题的方法就是,
  34. 采用许多激光手电筒,
  35. 并及时进行同步。
  36. 当将它们组合成
    一个巨大的阵列,
  37. 我们称之为“相控阵”,
  38. 于是就有了一个足够强大的系统。
  39. 如果把它做成一个城市的大小,
  40. 它就可以将一个
    手掌大小的航天器
  41. 以大约 25% 的光速推向天空。
  42. 这将使我们能够
    在不到 20 年的时间内
  43. 到达离我们只有 4 光年多一点的
  44. 最近的恒星,
    比邻星(Proxima Centauri)。
  45. 最初的探针大约是手掌的大小,

  46. 而所使用的反射器
  47. 大约是一个人的大小,
  48. 所以不会比我大很多,
  49. 大概几米。
  50. 它仅使用来自这个非常大的
    激光器阵列所反射的光
  51. 来推动航天器。
  52. 打个比方,

  53. 这就像在海上航行。
  54. 当我们在海上航行时,
  55. 会被风推动着前进,
  56. 在我们的例子中,
    我们是在通过激光器阵列,
  57. 在空间中创建人造风,
  58. 只不过这里的“风”
    实际上是激光器本身的光子,
  59. 来自激光器的光变成了
  60. 吹动船帆的风。
  61. 它是定向性非常好的光——
  62. 通常被称为“定向能量”。
  63. 那么,为什么今天
    这一切成为了可能呢?

  64. 为什么我们在今天
    可以讨论太空旅行了呢?
  65. 然而 60 年前,
  66. 当太空计划刚启动时,
  67. 人们会说:“那不可能。”
  68. 然而今天,这一切之所以成为了可能,
    与消费者有着很大的关系,
  69. 具体来说,
    就是你们观看视频的行为。
  70. 你们正通过高速互联网
    收看这段视频,
  71. 这项技术是由通过光纤
    传输数据的光子学主导的。
  72. 从本质上说,有了光子学,
  73. 今天的互联网才得以存在。
  74. 快速发送大量数据的能力,
  75. 与我们将要用来
  76. 将航天器快速发射到
    恒星的技术大同小异。
  77. 你们实际上已经拥有了
    无限量的推进剂,

  78. 可以根据需要开启和关闭。
  79. 我们不会在整个行程中
  80. 都让激光阵列保持开启的状态。
  81. 对于小型航天器,
    只需要开启几分钟,
  82. 就能如同开枪一般
    把航天器发射出去。
  83. 航天器会按照预定轨道飞行。
  84. 即使人类不在太空飞船上,
  85. 至少我们也有能力
    发射这种太空飞船。
  86. 我们可以对一个对象

  87. 进行远程监控,
  88. 或远程成像和遥感。
  89. 那么,假如当我们带着飞行任务
  90. 前往木星时,
  91. 我们可以为木星拍照,
  92. 测量磁场
  93. 和粒子密度,
  94. 基本上都是在进行远程探索。
  95. 这就跟你们
    在线观看这个视频一样。
  96. 目前,除月球以外的所有任务
  97. 都是遥感任务。
  98. 如果我们拜访了系外行星,
    我们希望找到什么?

  99. 也许系外行星上会有生命,
  100. 我们将能够通过大气生物特征
  101. 或动态的画面
  102. 观察到生命存在的证据,
  103. 我们将能够看到
    星球表面的情况。
  104. 我们不知道宇宙中
    是否还有其他生命。
  105. 也许在我们执行的任务中,
    我们会找到生命的证据,
  106. 也许不会。
  107. 尽管把经济学理论应用在
    星际探索能力方面

  108. 有些不妥,
  109. 但实际上,这是实现
    星际探索能力的驱动因素之一。
  110. 我们必须在经济
    可以承受的范围内
  111. 去做我们想做的事。
  112. 现在,

  113. 我们实验室中的系统
  114. 已经实现了
    大空间内的同步能力,
  115. 能够达到大约 10 公里
    或 6 英里的空间范围。
  116. 我们已经能够实现激光系统的同步,
  117. 并且效果很好。
  118. 我们几十年前就已经
    知道如何制造激光器了,
  119. 但是现在这项技术
    已经变得足够便宜,
  120. 并且足够成熟,
  121. 让我们得以想象
    如何构建巨大的、
  122. 可以达到公里规模的阵列,
    就像太阳能电站一样,
  123. 但是不会接收光,只会透射光。
  124. 这种技术的优点在于
    它可以实现许多应用,

  125. 不仅适用于
    小型航天器的相对论飞行,
  126. 还可以支持高速航天器
  127. 在太阳系中的高速飞行,
  128. 实现行星防御、
  129. 空间碎片清除,
  130. 还可以为我们的
    远距离资产提供电力,
  131. 例如月球或其他地方的
    航天器和基地。
  132. 这是一项极为灵活的技术,

  133. 也是人类想要研发的东西,
  134. 即使人类并不想
    将航天器送入星际空间,
  135. 因为该技术能够许多
  136. 目前不可行的应用变成现实。
  137. 因此,我认为这是
    一种不可避免的技术,
  138. 因为我们有能力,
  139. 只需要对技术进行微调,
  140. 并且在某种意义上,
    等经济变得更发达,
  141. 成本降低到足以构建大型系统。
  142. 目前,小型系统的造价
    还是可以承受的,
  143. 而且我们已经开始
    在实验室中构建原型系统。
  144. 因此,尽管现在还不能做到
    一觉醒来,美梦成真,

  145. 但我们已经迈出了第一步,
  146. 到目前为止,进展还算顺利。
  147. 就变革性技术而言,
  148. 这既是一个革命性的项目,
  149. 也是一个有进化意义的项目。
  150. 就我个人而言,
    我不认为此生能有幸看到
  151. 第一次相对论飞行实现的那一天。
  152. 我认为距达到这一目标
    可能还要 30 多年的时间,
  153. 甚至更久。
  154. 但让我备受鼓舞的是
  155. 可以预见能够达到
    最终目标的能力。
  156. 就算我这代人赶不上那一天,
  157. 下一代人也会见证那一刻,
  158. 或者再往后的一代人。
  159. 这种成果具有
    极其深远的变革意义,
  160. 在我看来,
    我们必须沿着这条路走下去,
  161. 必须探索局限性是什么,
  162. 然后如何克服这些局限性。
  163. 在其他星球上寻找生命

  164. 将是人类最重要的探索之一,
  165. 如果我们能够做到,
  166. 并且的确
    在另一个星球上找到了生命,
  167. 就将永远改变人类。
  168. 生命中的每一件事
    都有其深刻的意义。

  169. 如果你观察得足够深入,
  170. 就会发现生活中令人难以置信的
    复杂、有趣和美丽的事物。
  171. 我们每天接触到的微小的光子
  172. 也是如此。
  173. 但是当我们把目光投向外太空,
    同时想象一番更广阔的天地,
  174. 一个同步的激光阵列,
  175. 我们就可以想象到
    生活中那些非同寻常的事物。
  176. 而去往另一颗星球的能力,
  177. 就是这种非凡的能力之一。
  178. (鸟鸣)