星际旅行与电影完全不同

克里斯托弗·诺兰的《星际穿越》设想了人类前往恒星之外行星的旅程。当然，以今天的条件来看，这趟旅程是不可能的。但对于科幻梦想家来说，有一个好消息：由 DARPA 资助的特别工作组正在努力在下个世纪实现这一目标。

百年星舰计划 (100YSS) 负责人梅·杰米森告诉《大众科学》 ，人类在殖民遥远恒星系统的过程中面临巨大挑战。但她相信 100YSS 可以汇集发射人类首艘星舰所需的多样性和创造性发明。

杰米森对人类航天有着罕见的视角。她是一名工程师、医生，也是一名在 NASA 工作了六年的宇航员。当她驾驶奋进号航天飞机绕地球飞行时，她成为第一位进入太空的有色人种女性。宇航员们经常谈论太空的“总览效应”，即与地球及其人民融为一体的感觉。但杰米森说，她发现自己被相反的方向所吸引。

“我往下看，看到尼罗河从身边流过，金字塔，还有我的家乡芝加哥，我试图让自己感到害怕。这个舱口外面是完全不适合人类生存的力量，”她说。“但我感觉不到。我真想和我的猫一起呆在泡泡里。”

事实上，杰米森从未远离过地球。从太阳旅行者的角度来看，航天飞机宇航员几乎没有离开过地球。还没有人类超越过这颗行星的月球背面的轨道。跨越《星际穿越》想象的距离将需要技术和人类基础设施的巨大飞跃。杰米森说，诺兰错了，在他的史诗中，他使用的交通工具与今天在地球上行驶的交通工具非常相似。

她将《星际穿越》的挑战比作穿越撒哈拉沙漠——人类尚未征服的另一片广阔而毫无生机的空间。但自尤里·加加林首次进入地球轨道以来的 53 年里，载人航天任务尚未完成对外星的重大旅行。就像围绕穿越沙漠建立文化的游牧民族一样，杰米森说，在我们尝试星际浩瀚之前，我们对太空旅行的整个态度都必须改变。

目前，由于缺乏强大而高效的推进系统，人类文明只能在这个太阳系内活动。例如，1977 年发射的旅行者一号探测器距离地球的距离比其他任何航天器都要远。2013 年，它成为第一艘进入星际空间的探测器。然而，它还需要 4 万年才能进入另一颗恒星的附近。任何前往宜居系外行星的飞行器都必须以更快的速度移动更大的重量——接近光速的很大一部分——才能在几代人的时间里完成旅程。

杰米森说，在众多可能将宇宙飞船加速到该速度（并且同样重要的是，在另一端减速）的技术中，目前只有一种技术存在：核裂变。一些发电厂、军用潜艇、卫星和航空母舰将衰变原子产生的热量转化为能量。但是，没有反应堆曾经推动过太空发动机，部分原因是核裂变的危险性和低效率，部分原因是管理核能使用的国际条约。

核裂变失败的地方，它的近亲也许会成功。前提是，我们能让它发挥作用。核聚变——将原子撞击在一起形成更大的元素，同时释放出惊人的能量——为宇宙中的每颗恒星提供动力。只要有一点独创性，核聚变也能帮助我们到达它们。

为了说明核裂变和核聚变之间的区别，我们可以想象一下 1945 年美国对日本的核攻击，当时使用的就是核裂变炸弹，爆炸面积大约为 20 平方英里。而有史以来最大的核聚变炸弹爆炸面积则达到 1,520 平方英里。

“我们不能将车辆与其所执行的任务和所运载的物品分开——它们必须是不同的。”

核聚变驱动的太空飞行前景十分诱人，但建造高效地球反应堆的努力已经停滞了几十年。欧洲核子研究中心的反物质样品非常微小，而且在与物质接触时会以更大的能量湮灭。然而，科学家们只生产出这种奇异物质的几个粒子，记录的存储时间是自发湮灭前的 1,000 秒。简而言之，我们还有很长的路要走才能用反物质填满油箱。杰米森还指出，可能建造巨大的太阳帆来捕捉光子，并加速飞船飞向遥远的距离。巨大的地球激光器和电源可以推动飞船，而无需拖着星际发动机。

但杰米森表示，推进力只是星际飞船工程师必须解决的第一个也是最明显的问题，而这一点正是《星际穿越》等许多科幻电影失败的地方。“将当今的太空技术应用于未来的问题之一是它阻碍了我们的思维方式，”她说。她希望看到一部探索更激进愿景的电影。

“就连《星际迷航》中的企业号的内部看起来也和我们今天看到的很像，灰色的墙壁、军事等级制度和随处可见的按钮，”她说。“我们无法将飞船与它正在做的事情和它所携带的东西区分开来。它肯定是不同的。”我们应该预料到，2114 年建造的星际飞船对我们来说就像 1914 年国际空间站对于双翼机飞行员一样陌生。

前往另一个太阳系的飞船很可能不得不离开，没有任何返回计划。它还需要一个可以滋养和保护数十年或数百年旅行者的环境。杰米森说，一艘郁郁葱葱的绿色飞船可能会搭载第一批出境船员。组件可以自我修复，食物可以在墙壁内生长。（这样的工程挑战困扰着今天的火星殖民理念。）

然而，即使是一个巨大的、反物质驱动的、自我维持的太空殖民地，也可能在旅途中失败。一艘合适的星际飞船必须不仅可持续和强大。它还必须保护其居民。使用当今的技术，一个巨大的铅盾必须将飞船上的居民与宇宙中的强烈辐射隔离开来。（有人建议是挖空的小行星。）但在未来，现在弯曲体内癌症辐射的磁性技术可能会扩大到偏转伽马射线，就像地球的保护性磁层一样。

所以，假设我们真的建造了一艘可以安全运送人口跨越光年的飞船。杰米森说，如果没有一个充满活力、技术娴熟的社区居住，飞船将毫无用处。“无论是 50 人还是 10,000 人，船员们都需要反映出他们来自的星球的多样性——文化、性别和社会经济。”大约 10,000 名旅行者是最低要求——如果少于这个数字，遗传适应性就会受到影响（见下表）。

为了鼓励多元化思维，杰米森邀请了各个领域的研究人员参与该项目，并设立了旨在让没有科学博士学位的人参与太空旅行的项目。例如，如今，纺织和设计教授卡尔·阿普塞隆德 (Karl Apselund) 正在为该项目研究星际服装。据院长道格·贝诺特 (Doug Benoit) 称，超过 200 万美元的先进航空航天制造培训资金已经到达加州橘郡海岸社区学院 (Orange Coast Community College)，现在许多学生都进入 SpaceX 工作。杰米森表示，长期目标是扩大熟练工人和技术人员的规模，他们有朝一日将组成庞大的星际船员队伍。

人类走向太空的未来之路漫长而充满不确定性。克服这些不确定性需要人类雄心的代际转变。杰米森说，她很高兴诺兰的电影在星际冒险理念上引起了轰动，但她希望这类科幻电影能在视野上展现更多的创造力。

“这部电影的动机是我们毁掉了地球，这让我有点难过，”她说。“我希望我们这样做的理由是更积极的。”

要了解有关星际穿越的更多科学知识，请点击此处。