我们如何近距离观察这颗新的“类地”行星

距离太阳最近的恒星系统半人马座可能存在一颗小型岩石行星，这一惊人消息让人们燃起了在有生之年向外星世界发射探测器的希望。

根据今年早些时候公布的 1 亿美元“突破摄星”计划，这些航天器可能依靠巨型激光器提供推进力，以达到光速的 25% 以上。现在，科学家正在计算这些探测器在星际航行中可能遭受多大的损坏。

半人马座系统由三颗恒星组成——半人马座 A 星、半人马座 B 星，以及距离太阳最近的恒星、名为比邻星的小红矮星。

天文学家周三宣布，比邻星上似乎有一颗岩石行星，名为比邻星 b，其质量约为地球的 1.3 倍，位于该恒星的宜居带（恒星周围区域温度足以让行星表面存在液态水）。

“突破摄星”计划由亿万富翁科技投资者尤里·米尔纳 (Yuri Milner) 出资，并得到斯蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 的支持，旨在为克级航天器配备镜子，并使用强大的激光将这些探测器舰队向外推进。虽然光不会产生太大的压力，但之前的项目已经成功测试了一些太阳帆——由太阳光推动的航天器。

突破射星计划旨在每年以惊人的速度发射数百个这种芯片大小的“激光帆”，可能使这些“太空芯片”仅用大约 20 年的时间就能跨越 4.37 光年的距离到达半人马座阿尔法星。相比之下，以航天飞机的最高速度约 17,600 英里/小时的速度，它需要大约 165,000 年才能到达半人马座阿尔法星。

哈佛大学理论天体物理学家、突破摄星计划咨询委员会主席亚伯拉罕·勒布表示：“发现围绕距离我们最近的恒星比邻星的宜居行星，对于推动突破摄星计划具有重要的战略意义，因为它为飞越任务提供了一个明显的目标。”

“配备照相机和各种滤镜的航天器可以拍摄该行星的彩色图像，并推断它是绿色的，蕴藏着我们所知的生命；蓝色的，表面有海洋；还是只是棕色的干燥岩石。航天器还可以测量该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旅行中可能遇到的杂散气体原子和尘埃颗粒——以探测器的速度，这些障碍物可能会造成灾难性的破坏。勒布和他的同事现在已经模拟了气体原子和尘埃颗粒对以大约 20% 光速移动的探测器可能产生的影响。

高速撞击气体原子会使探测器发热，导致部分物质熔化或蒸发。不过，科学家发现，如果探测器表面由石英制成，这种轰击可能只会对航天器造成约 0.1 毫米的损坏，如果表面由石墨制成，损坏程度会更小。事实上，研究人员认为，这些碰撞气体原子产生的热量可能很有用——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形成许多陨石坑，蒸发掉表面约 1.5 毫米的厚度，熔化深度可达 9 毫米。考虑到这些航天器非常小，每一毫米都至关重要。

在最坏的情况下，直径超过 15 微米（约为人类头发平均直径的六分之一）的尘埃粒子会彻底摧毁探测器。幸运的是，这种尘埃颗粒在星际空间中极为罕见——科学家计算出，太空芯片击中这种粒子的概率是 10^50 分之一（1 后面有 50 个零）。

多伦多大学理论天体物理学家 Thiem Hoang 说：“我们发现航天器到达半人马座阿尔法星具有挑战性，但我们也提出了几种减轻星际气体和尘埃损害的方法。”

研究人员表示，保护这些探测器的一种方法是将它们流线型地变成针状，并在发射后折叠它们的帆，以最大限度地减少航天器撞到障碍物的可能性。

他们还建议在探测器上添加保护层，例如厚度高达 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将用于推动航天器的部分激光反射到即将到来尘埃粒子上，将它们扫到一边，为同类扫清道路。

突破摄星计划的一个希望是，它能为人类找到新家园。“比邻星的寿命为数万亿年，几乎是太阳剩余寿命的 1000 倍，”勒布说。“因此，在 50 亿年后太阳死亡后，比邻星周围一颗宜居的岩石行星将成为我们文明最自然的迁移地点。”

Hoang、Loeb 和他们的同事于 8 月 18 日在提交给《天体物理学杂志》的论文中详细介绍了他们的研究结果。