第八十一章 奢侈的消費

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  太空旅行並非是指太陽係各行星之間的旅行，而是到太陽係以外的行星（即非太陽的其他恒星的行星）上旅行。為什麽要進行太空旅行呢？這是討論太空旅行時必須涉及的一個問題。理由之一或許是：我們所在的行星——地球的資源終將耗盡。


  另一個理由是：既然太陽係以外也有行星，或許還有生命存在，那麽我們有什麽理由不去看看呢？人類自古以來一直充滿好奇心，科幻作品長久不衰就是一個明證。


  為了前往其他的恒星-行星係統，我們必須克服種種大障礙：科學的、社會的和經濟的。nasa和美國國防部研發機構迄今已向科幻色彩濃烈的“百年星艦”項目撥款50萬美元，該項目的終極目的是在100年內實現太空旅行。盡管這個目標看來過於樂觀，但也反映了科學家對太空旅行充滿渴望。2011年10月，美國舉行了“‘百年星艦’研討會”，到會者包括著名天文學家和科幻作家。這次研討會的目的是辨識太空旅行所麵臨的難題和可能的解決辦法。


  太空旅行的確令人望而生畏。如果把地球與月球之間的距離假定為20米，那麽地球與太陽之外的最近一顆恒星——半人馬座阿爾法星之間的距離，就是地球與月球之間的實際距離——38.44萬千米。


  經過幾千年時間，人類從每小時4千米的“溜達”速度提高到了在“阿波羅號”登月飛船上的速度——每小時40000千米。但是，要想在幾十年之內到達半人馬座阿爾法星的話，“阿波羅號”飛船的速度得再提高10000倍，也就是接近光速。事實上，為了實現太空旅行，我們不隻需要飛得更快，而且需要更迅速地實現飛得更快。盡管麵臨這一切看似不可戰勝的難關，但科學家相信去太陽係以外的行星旅行有朝一日一定能夠實現。下麵，我們就來看看太空旅行的五大步驟。步驟一建造星際飛船


  對於太空旅行來說，今天的火箭所能達到的速度簡直就是蝸牛速度。星際飛船需要強大的新的推進方式。熱核火箭


  飛船必須有燃料才有推進力，飛船速度的增加取決於燃料的呈級數增加。如果要達到排氣噴管氣體速度的3倍，所需燃料就是火箭其餘部分重量（所謂“幹重”）的20倍。說實話，氫和氧的化學燃燒實在是太慢了。使用裂變反應芯的熱核火箭能讓大型載人飛船在太陽係內旅行，前提是飛船能采集、利用其他地方例如氣態巨行星的資源（氫是氣態巨行星大氣層的主要組分之一）。早在冷戰時期，蘇聯和美國就開始研發熱核火箭。事實上，要想盡快實現太陽係各行星之間的載人旅行，熱核火箭是最佳運載工具。然而，要想實現太空旅行，則需要驅動太陽的那種核反應——聚變。1978年，英國一項名為“代達羅斯”（代達羅斯是古代建築師和雕刻家，曾為克裏特國王建造迷宮）的星艦概念項目提議，利用“惰性聚變”驅動火箭。

  也就是：用激光從各個方向壓縮氫同位素小丸，直到壓縮成很小的體積；壓力增大到足以產生氫核熔合反應，釋放能量，熱質從排氣噴管以超高速噴出。利用熱核火箭能把我們送往附近的恒星，但飛行時間仍需幾百年，更何況首先得在地球上實現核聚變，而這一點至今也未能做到。更長遠地看，我們可能要發展出物質-反物質火箭。當反物質與常態物質反應時，它們會互相湮滅，產生的能量是聚變反應的300倍。但問題是，我們迄今未能研發出製造大量反物質的技術。


  曲速引擎在美國著名科幻片《星際迷航》中，曲速引擎帶領人類在星係內超光速穿梭。超光速旅行真有可能嗎？根據愛因斯坦的廣義相對論，如果擁有負質量，超光速就並非不可能。有了負質量，就能扭曲時-空形狀，從而允許在極其遙遠的位置之間的運輸。


  擁有負質量的東西（包括物體和空間）的行為極為怪異，可以使引力場不複存在或者不會對物體或空間造成影響。雖然我們都沒見過擁有負質量的東西，但量子力學允許這樣的東西存在。理論物理學界對負質量是否可用於太空旅行一直存有爭議，原因是扭曲時空所需要的能量大得實在令人難以置信，遠遠超過從一顆恒星上所能得到的能量。


  如果能夠捕捉到足夠的能量，就能扭曲一塊時-空區域，創造“曲速泡”或稱“時空泡”。這個“泡泡”的大小隻容得下一艘星際飛船。“泡泡”前方的時-空將被壓縮，背後的時-空將膨脹，由此推進飛船前進。可是，能量從哪裏來？能量又怎樣產生？


  科學家過去估計，創造一個“曲速泡”所需的能量，相當於一個星係的質量（愛因斯坦向我們證明了質量和能量可以互換，而質量和能量都能塑造時-空）。現在，科學家相信，也許木星的質量就足夠了。但即便這樣，我們也仍有很長的路要走。請注意：哪怕最大的氫彈，也隻能把幾千克的物質轉變為能量。在“曲速泡”的規模上扭曲時-空並非21世紀的科學技術所能做到的，甚至就連進行這方麵的實際試驗都很遙遠——這個理念至今仍停留於理論。至少從目前來看，像《星際迷航》中那樣的由雙鋰晶體驅動的曲速引擎仍然停留在電影道具階段。射速能量帆

  早在1610年，在注意到彗星尾巴被吹離太陽方向之後，德國科學家開普勒就提出了用帆推動飛船的設想。今天，真的有了由太陽帆驅動的飛行器，例如由太陽輻射加速的星際風箏-飛行器。不過，使用這樣的飛行器，哪怕就是到達距離地球最近的非太陽恒星，也要花幾千年時間。有可能真正實現星際飛行的是一種21世紀的飛船，即射速能量帆，簡稱帆飛船。這一理念就是利用電磁波傳輸能量穿越太空的能力，在超遠距離產生力量。射束的來源——投射器再加一部天線，把強力激光或微波投射到一麵超大帆上。帆發射激光束或微波束，獲得動量“推動”飛船。這樣的飛船出現在好萊塢科幻大片《星球大戰》的第二集中。投射器的樣子頗像人造衛星的接收天線碟，隻不過要大很多很多倍。

  帆飛船最昂貴的部分是投射器。它將利用開采自月球或小行星的材料在太空中建造，定位在靠近太陽的地方，以強烈的太陽能為動力源。射束能量的最大優勢就是把沉重的投射器丟在後麵，而光帆攜帶著乘員和荷載被驅離到很遠的地方。接著，投射器可重新用於未來的任務。就像19世紀的鐵路，一旦鋪就鐵軌，列車本身的費用就小多了。帆飛船的物理學原理已被證明，但如何建造超巨型的投射器和太空帆是大問題。投射器的寬度可能達數千米，太空帆的長度可能達幾百千米。經濟學研究表明它們效率太低而費用極大，但科學家仍在探尋射速能量帆是否有朝一日可能適用。步驟二深空導航

  選擇路線並不難，難在尋找參考位置和克服星際風險。目標恒星已經選定，但浩瀚太空，我們怎樣才能知道我們的飛船在什麽位置呢？為了確定星際飛船的位置，可以利用三角測量法來測定飛船與已知的幾顆恒星之間的角度，或者定位多顆脈衝星。脈衝星是旋轉的中子星，它們以短到幾千分之一秒的時間間隔發出規則的強烈微波脈衝。星際飛船的速度可通過計量脈衝頻率來確定。隨著飛船移動，飛船速度將需要運用多普勒頻移來進行調整。還有，星球之間的空間並不空曠，星際塵埃也是個大問題。雖然單粒塵埃的直徑可能隻有幾百萬分之一米，但一艘穿行距離為10光年的星際飛船的每平方毫米麵積得忍受1000次撞擊。在前往半人馬座阿爾法星的旅途中，飛船將緩慢卻又持續地遭遇星際塵埃的撞擊（或稱侵蝕），船體將被撞破。避免這種侵蝕的一種途徑，是在飛船前方幾米處設置一麵金屬箔板。來襲的塵埃微粒穿越箔板，穿出時已經離子化（作為帶電電子或離子），然後擊中一麵靜電屏蔽盾——某種“力場”，或許是一個充電網格。這麵“盾牌”將保護它後麵的所有飛船部件。隻需幾千伏特就能讓電子轉向，而要讓離子轉向則需要100萬伏特。


  對真空的深空而言，產生這樣一麵靜電屏蔽盾並不是問題。因此，剩下的風險就是較大的微粒。這樣的微粒雖然很罕見，但我們不知道它們究竟有多罕見，是否會構成威脅。不過，來自飛船的離子化激光脈衝在雷達導向之下應該能阻止它們。深空旅行自己導航科學家最近宣布，到達生命盡頭的恒星或許有助於飛船進行深空旅行時的導航。