霍金也要找外星人？挑戰開發奈米太空船探訪鄰近恆星

我們不斷地在探究外太空到底有什麼？但是我們的了解始終還只是廣大宇宙中的一小點。我們登陸過月球，但也就只是月球；我們派航海家一號（Voyager 1），從 1977 年發射至今 38 年，也是目前唯一一個抵達太陽系外的太空船。我們對於超越太陽系的區域目前都還是只能依賴各種天文望遠鏡，以及各種觀測技術來了解。

這樣當然無法滿足大家的好奇心！我們都想到達更遠的地方，甚至知道這個宇宙中有沒有跟我們一樣的生命體。

知名物理學家霍金（Stephen Hawking）這一次和俄國富豪尤里．米納爾（Yuri Milner）聯手，宣布一項重大的計畫「突破攝星」（Breakthrough Starshot，亦翻譯為「突破星擊」），他們希望可以挑戰在 20 年內抵達距離太陽 4.37 光年的半人馬座阿爾法星（Alpha Centauri），也是距離我們最近的恆星系統。

物理學家霍金。圖／Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation)

這個難度在哪裡？以已經航行 38 年的航海家一號為例，直到 2016 年 4 月 13 日為止也才距離太陽 200 億公里，而半人馬座阿爾法星則是距離太陽 41.3 兆公里，足足是航海家一號航行距離的 2000 多倍。即使在航海家一號發射後 38 年的今天，航太科技已有相當的進展，但以現有的科技我們仍需 3 萬年才有辦法抵達半人馬座阿爾法星。

我們都無法想像 3 萬年後人還會不會存在？地球又會變成什麼樣子？霍金和米納爾勢必得提出一個超越現有技術的方法，來達成縮短這原先需要 3 萬年的旅程。米納爾宣布將打造奈米太空船艦隊（nanocrafts），並以光束推動，速度可達光速的 20%，約可達每秒 6 萬公里。

要讓速度變快，必定不是往製造龐然大物來思考，而是越輕薄短小越好。這個奈米太空船中的「靈魂」——星之晶片（StarChip），就希望將奈米太空船的相機、光子推進器、電源供應器、導航、通訊等功能，壓縮到只有幾克重的晶元中。也就是說他們將發展的太空船本體，可能比我們現在使用的手機還要小！而他們不只想做一個奈米太空船，他們希望可以做上百個、上千個，形成一個「奈米太空艦隊」！也是避免這路途險阻，希望至少有一個能真正撐到抵達星系。

但只是把元件縮小還是不等於能夠高速飛行，加上太空船這麼小也無法裝載過多的燃料，那它怎麼能達到光速 20% 的速度？這艘太空船動力的概念，有點像是船上的風帆因為風吹而前進，只是將這個風變成光。在奈米太空船上也有一個比太空船本體大許多的光帆（lightsail），這個帆的長度為公尺規模，預計厚度幾百個原子，重量只有幾公克的規模。光打在這個帆上就能推動奈米太空船前進，但為了要給這艘船更大的前進動能，團隊將使用雷射光陣列，給予太空船千億瓦的功率（相當於推動一個太空梭離開地球的功率！）

米納爾展示奈米太空船的晶片預期尺寸，並沒有比一個郵票大多少。圖／Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation

霍金構想的重重阻礙

好吧！聽起來很完美的計畫，仍只是計畫。團隊也面臨了許多技術上的困難，成為這個前往另一個星系路上大大小小的阻礙石頭。

困難一：雷射光發射陣列建在哪？

團隊的構想是需要在陸地建造大規模的雷射光發射陣列，整個陣列可能綿延幾公里，但需要建設在高海拔且乾燥的地區，僅僅是地點的選擇就是個大問題。

困難二：千億瓦的能量怎麼來？

雖然預計是用雷射光陣列產生千億瓦的能量，但這個想法在執行層面上仍有許多困難，包括如何確保在每一次要發射太空船的時候，都能產生和儲存這麼龐大的能量，都是需要面對的難題。

困難三：將奈米太空船帶到軌道的航空母艦

這個計畫需要先將奈米太空船帶到外太空的軌道上，雷射再由地面發射，這就表示還需要一個「航空母艦」將這一個或這些奈米太空船帶上去並釋放出來，團隊希望可以作上千個奈米太空船，這又是另外一個困難點了……。

困難四：即時調適光學

雷射光經過大氣層會受大氣擾動影響，如何將現在用於提升望遠鏡解析度的「調適光學」，來幫助光帆即時調整接收到的光波，讓它獲得最佳的動能，也是團隊正在思考的問題。

困難五：雷射光陣列如何對準光帆

在地面上的雷射光陣列得在同一時間對準同一個光帆發射雷射光，並且還要使這個太空船加速到目標速度。一旦射偏或是雷射沒有同時啟動等因素，就可能導致太空船偏離航道，或是無法順利加速，這些原因都可能導致任務失敗。

困難六：航行路上遇到塵埃怎麼辦

先假設發射過程一切順利，但這個輕巧沒有太多保護措施的奈米太空船，將獨自在宇宙中長時間飛行。即使這個路線已經避開了已知的星體撞擊的機會，但沒有辦法預料的宇宙塵埃撞擊對這個小太空船都是危機。

困難七：資料能否順利傳輸回地球

如果順利到達半人馬座阿爾法星，奈米太空船將開始執行任務，包括拍照、偵測等等，而這些資料又是否能順利傳回地球呢？

困難八：用雷射光陣列接收回傳訊號

奈米太空船蒐集到的訊號，得經過 4 年多才能回傳到地球，而這時我們要怎麼接收這個訊號？目前團隊是希望透過發射時使用的雷射光陣列，來接收這個回傳的訊號，但能否成功仍是問題。

即使大多是應用已經存在或是預期可以達成的技術，這個計畫仍面對種種難題，霍金和米納爾聯合臉書創辦人祖柏克（Mark Zuckerberg）將聯手投資一億美元，希望能讓這個任務成真。

若是成真，或許我們找到外星人就不遠了。