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人类会无意中向外星文明宣战吗?

2020-02-14


想象你自己在一个与地球没有太大区别的行星世界里,围绕着一颗与我们太阳没有太大区别的恒星运行。地球表面的温度和大气刚好适合液态水存在,海洋和大陆的混合保证了数十亿年来生命的稳定和繁荣。进化过程增加了地球上生物体的复杂性和分化程度。通过偶然突变和选择压力的组合,这个世界上的一个物种变得有知觉,有意识,并且达到了前所未有对自然的支配地位。

在距离太阳25光年范围内,有许多已知的系外行星,像K2和TESS这样的搜寻任务会找到更多。这些都是星际旅行的绝佳目标,但如果我们不小心行事,人类的探索行为可能会被误认为是恶意的侵略行为。图片:NASA/GODDARD/ADLER/U. CHICAGO/WESLEYAN

博科园-科学科普:随着他们技术的进步,开始对其他恒星周围的外星文明产生好奇。然后在他们的天空中,一个遥远微弱的光点,第一次攻击发生了,以相对的速度在他们星球上炸了一个洞。它不是流星、小行星或彗星,从星际空间的另一边看——是人类。这算是本文的一个序言,或者说一个故事可能的开始,那么你觉得在这浩瀚的宇宙中,人类会无意中向外星文明宣战吗?

1992年哥伦比亚号航天飞机的发射表明:对火箭来说,加速不仅是瞬间的,而且是在很长一段时间内发生的。对于一艘能够到达另一颗恒星系统的星际飞船来说,与火箭相比,我们今天所面临的实际限制意味着,一次旅行必然会跨越多个人类世代。图片:NASA

人类关于星际旅行的梦想传统上分为两类:

1、慢慢地随火箭推进,和许多代人类生命的旅程

2、飞得得很快(假设人类取得了巨大的科学进步,以相对论(接近光速)的速度旅行)

即使没有船员,这两种选择似乎是唯一的选择。要么我们像旅行者号宇宙飞船一样,花了几千年的时间才走完哪怕是一光年距离,要么开发出一些新技术,可以让航天器加速到非常非常高的速度。第一种选择似乎不可接受;第二个似乎是不现实。

星际迷航飞船上的翘曲驱动系统使星际间的旅行成为可能,如果我们有了这项技术,人类就可以轻松地跨越与恒星的距离,但这仍然是科幻小说中的遐想。图片:ALISTAIR MCMILLAN / C.C.-BY-2.0

但在2010年代发生了一些事情,有可能改变游戏规则。事实上人类已经取得了巨大的技术进步,可以在相当长一段时间内为航天器提供大量能量,使我们(理论上)能够将其加速到惊人的速度,巨大的进步吗?在激光物理学中。

现在激光比以往任何时候都更强大,也更准直,这意味着如果我们在太空中放置大量的高能激光器,而不必与大气色散作斗争,便可以长时间照射一个目标,给它能量和动量,直到航天器达到光速的10%以上。

“深激光帆”的概念依赖于一种大型激光阵“撞击”并加速一个面积相对较大,但低质量的宇宙飞船,这有可能使非生命体加速到接近光速的速度,使星际旅行成为可能。图片:UCSB EXPERIMENTAL COSMOLOGY GROUP

2015年一组科学家写了一篇白皮书,介绍先进激光阵列如何与太阳帆的概念相结合,创造出一种基于“激光帆”的航天器。从理论上讲,人类可以使用当前的技术和超低质量的宇宙飞船(如“星屑”),可在一代人的生命中到达最近恒星。

这个想法很简单:在一个高度反射的目标上发射这个高能激光阵列,将一个非常小、超低质量的微型卫星连接到帆上,并将其加速到最大的速度。太阳帆的概念由来已久,自开普勒时代以来就存在了,但是使用激光帆将是一场真正的革命。

激光驱动帆的艺术再现展示了如何通过连续反射高功率和高度准直的激光,将一个大面积、但轻质量航天器加速到很高的速度。图片:ADRIAN MANN / UCSB

这种装置优点是难以置信的:

1、用于此目的的大部分能量不是来自一次性使用火箭燃料,而是来自可充电的激光器

2、星屑宇宙飞船的质量非常低,因此可以加速到非常快的速度(接近光速)

3、随着微型化在电子产品和超强度、超轻材料上的出现,人类实际上可以创造出可用的设备,并将它们发送到光年之外

这个想法并不是什么新鲜事,但新技术的出现(无论是目前可用的,还是未来二、三十年可能会出现的)使这成为一种看似现实的可能性。

激光帆到达一个遥远世界将是巨大和奇妙的,但是图示描述显示它移动速度太慢了而不现实。若以0.2倍的光速,将能在几小时内穿过整个太阳系。图片:BREAKTHROUGH STARSHOT / YOUTUBE

假设说的这些是对的,且开发了合适的材料来反射足够多的激光,使它不会烧毁帆。对激光进行了足够的配置,并建立了一个足够大的阵列,以加速这些星盘宇宙飞船的速度,达到光速的20%:60000千米/秒。然后对准一个可能适合居住的恒星周围行星,比如半人马座阿尔法星A或Tau Ceti。

也许我们会向同一个系统发送一系列星芯片,希望能探测到这些系统并获得更多信息。毕竟,主要的科学目标,正如已经提出的那样,就是简单地在数据到达时获取数据并将其传回。但是这个计划有三个巨大的问题,综合起来,就相当于星际战争的宣战书。

激光帆的概念,对于一艘星际飞船来说,确实有可能使飞船加速到光速的20%,并在一代人的生命期中到达另一颗恒星,但是我们发送的消息可能是灾难性的。图片:BREAKTHROUGH STARSHOT

第一个问题是:星际空间充满了粒子,其中大部分粒子在星系中相对缓慢地移动(以几百公里/秒的速度),当撞击宇宙飞船时会击穿飞船成孔,使它在短时间内变成宇宙的瑞士奶酪。

第二个问题是:没有合理的减速机制,当这些航天器到达目的地时,仍会以起飞时的速度运动,若不能减速使其达到同步或接近同步运行速度,那么将很难获取到更多信息,甚至可能撞毁或飞走…

第三个问题是:要达到接近目标的行星(但不与目标行星相撞)所需精确水平几乎是不可能的,任何轨迹的“不确定锥”将包括我们所瞄准的行星。

1860年一颗流星掠过地球,产生了一种壮观的发光现象。通常有2%的几率在随机碰撞的情况下有一个像这样的大气层,有98%的几率发生碰撞。图片:FREDERIC EDWIN CHURCH / JUDITH FILENBAUM HERNSTADT

当撞到有人居住的星球时会发生什么?会是什么样子?60000公里/秒的速度是人类制造的任何航天器重返大气层速度的数千倍。比太阳系中最快的流星快1000倍。从太空到地面这个芯片只需要千分之一秒的时间就能穿过整个大气层。毕竟在以几千倍的速度下降情况下,只有最先进的隔热层才能在重返大气层时幸存下来。

宇航员Bob Crippen带着geminib太空舱和严重受损(但完好无损)的隔热罩。要想在重返大气层的过程中生存下来,要比星际芯片飞船所遇到的要低数千倍,这是非常困难的。图片:NASA/KIM SHIFLETT

但是速度和能量的关系使得情况变得非常糟糕。如果速度加倍,能量是原来的四倍;动能与速度的平方成正比。一颗重达100万公斤的巨岩撞击一颗时速为60公里/秒的行星会造成一定的破坏,而一颗重量仅为1公斤、时速为6万公里/秒的岩石在碰撞中也会产生同样的能量。

即使把激光帆的质量做的很小,也会造成一些损坏。一颗行星被以60000公里/秒速度运行的大约1克重的宇宙飞船撞击,将会经历与一颗以60km /s的速度运行,大约1吨重的小行星撞击产生同样的灾难性后果,这相当于地球上每十年发生一次。每一次撞击都会以和车里雅宾斯克陨石撞击地球同样的能量撞击地球:这是十年来最剧烈的碰撞。

2013年地球上最大的陨石撞击,造成数百万美元的损失,并造成数千人受伤。以60000公里/秒相对速度运行的1克宇宙飞船与一颗行星相撞的破坏性更大。这样的行为可能被视为恶意的侵略行为,甚至更糟,而是宣战的宣言手段。图片:Elizaveta Becker/ullstein bild via Getty Images

如果你是这个外星人世界的人,被这些所震撼,你会得出什么结论?你想这些东西体积太大,且速度太快所以不是自然产生的,而是是由智慧文明创造。你会想这是被故意盯上了,宇宙空间太大了,不可能偶然袭击你的星球。最糟糕的是,你会认为这个文明有恶意的意图。没有哪个仁慈的外星人会如此鲁莽和漫不经心地发射东西,考虑到它会造成的伤害。如果我们足够聪明,能将宇宙飞船发射到另一颗恒星上,那么我们当然可以明智地估计这样做的灾难性后果。

2016年4月12日斯蒂芬·霍金教授在纽约“一世界天文台”发表的“突破摄星”新太空探索计划上发表演讲。这个想法雄心勃勃,富有创新精神,但同时也带来了一个巨大的潜在危险,如果我们希望避免星际侵略的意外行为,就必须解决这个问题。图片:Jemal Countess/Getty Images

斯蒂芬霍金曾发出著名警告:如果外星人来拜访我们,其结果将和哥伦布登陆美洲时一样,这对美洲原住民来说并不是件好事。然而,除非费心去考虑我们的星际野心和必须实现它们的技术后果,否则我们将会是第一发射原子弹的人,也许是有史以来,从一个有人居住的星球到另一个星球。霍金自己是突破摄星最杰出的倡导者,这代表了宇宙间的巨大矛盾。

图示用于驱动光帆的激光相控阵列,可能建在智利沙漠

这不是狂野西部,这是最后的边疆。当人类迈出进入宇宙海洋的第一步时,肯定会有挫折。但我们必须确保他们是无辜的,没有恶意的。在不谨慎、危险的道路上走下去,被称为疏忽大意。如果我们对一个比人类先进了几千年的文明有严重疏忽,这可能不仅仅意味着一记耳光,而可能是一场灾难性星际战争中的第一枪。

博科园-科学科普|文:Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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