一项激动人心的宣布称，在离太阳最近的星系——半人马座阿尔法星系——可能存在一颗小型岩石行星，这让我们燃起了在本世纪内向外星世界发送探测器的希望。
根据今年早些时候公布的价值1亿美元的“突破摄星”(Breakthrough Starshot)项目，这些航天器可能依靠巨大的激光推进，速度超过光速的25%。现在，科学家们正在计算这些探测器在星际航行中可能面临的损坏程度。
半人马座阿尔法星系由三颗恒星组成——半人马座阿尔法星A、半人马座阿尔法星B，以及离太阳最近的一颗小型红矮星，名为比邻星。
天文学家周三宣布，比邻星似乎拥有一颗岩石行星——比邻星b，其质量约为地球的1.3倍，位于该恒星的宜居带内（恒星周围温暖到足以让行星表面可能存在液态水的区域）。
由亿万富翁科技投资者尤里·米尔纳资助、并得到史蒂芬·霍金支持的“突破摄星”计划，旨在为克级别（gram-scale）的航天器装备镜子，并利用强大的激光推动这些探测器舰队前进。虽然光产生的压力不大，但之前的项目已经成功测试了多个太阳帆——利用太阳光推进的航天器。
“突破摄星”计划旨在每年发射数百个这种芯片大小的“激光帆”，以惊人的速度飞行，可能使这些“太空芯片”在短短约20年内跨越4.37光年的距离到达半人马座阿尔法星。相比之下，如果以航天飞机最大速度约17,600英里/小时的速度计算，到达半人马座阿尔法星大约需要16.5万年。
哈佛大学理论天体物理学家、“突破摄星”顾问委员会主席亚伯拉罕·洛布表示：“发现离我们最近恒星比邻星附近的宜居行星，对于推动‘突破摄星’计划具有重要的战略意义，因为它为一次飞掠任务提供了一个明显的目标。”
“一台装有摄像机和各种滤光片的航天器可以拍摄这颗行星的彩色图像，并推断出它是绿色的（我们所知的生命体存在），蓝色的（表面有水海洋），还是仅仅是棕色的、干涸的岩石。航天器还可以测量行星的质量及其磁场环境。”
然而，这个雄心勃勃的项目面临着不少挑战。其中一个挑战是激光帆在星际航行中可能遇到的散在的气体原子和尘埃颗粒——以探测器目前的速度，这些障碍物可能会造成灾难性的损坏。洛布及其同事现在已经模拟了这些气体原子和尘埃颗粒对以光速约20%速度移动的探测器可能产生的影响。
高速撞击气体原子会加热探测器，导致部分材料熔化或蒸发。尽管如此，科学家们发现，如果探测器的表面由石英制成，这种轰击只会损坏航天器约0.1毫米的深度，如果表面是石墨，损坏则会更小。事实上，研究人员认为，这些碰撞的气体原子产生的热量可能还有用——它可以转化为电能，为探测器上的设备供电。
另一方面，研究人员预计尘埃颗粒会在探测器上产生许多弹坑，蒸发其表面高达约1.5毫米，熔化深度可达9毫米。考虑到这些航天器非常微小，每一毫米都很重要。
在最坏的情况下，超过15微米宽的尘埃颗粒（大约是人类头发平均直径的六分之一）将彻底摧毁一个探测器。幸运的是，这种尘埃颗粒在星际空间中极其罕见——科学家们计算出，太空芯片撞击这种粒子的概率为10^50分之一（1后面跟着50个零）。
多伦多大学理论天体物理学家Thiem Hoang表示：“我们发现，航天器到达半人马座阿尔法星具有挑战性，但我们也提出了一些缓解星际气体和尘埃损坏的方法。”
研究人员表示，保护这些探测器的一种方法是将其流线型设计成针状，并在发射后将其帆折叠起来，以最大限度地减少航天器撞击障碍物的几率。
他们还建议为探测器增加保护层，例如厚达3毫米的石墨装甲。此外，科学家们指出，一些探测器可以通过反射用于推进航天器的部分激光光束到迎面而来的微小尘埃上，将它们推开，从而为其他探测器清扫道路。
“突破摄星”计划的一个希望是找到人类的新家园。洛布说：“比邻星的寿命有几万亿年，几乎比太阳剩余的寿命长一千倍。因此，比邻星附近的宜居岩石行星将是我们文明在50亿年后太阳死亡时可以寄望迁移的最自然的地方。”
Hoang、Loeb及其同事于8月18日在提交给《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)的一篇论文中详细阐述了他们在线发布的研究成果。
