本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在与从事系外行星科学的人们交谈时,有时会出现一个推测性但引人入胜的讨论;假设我们在相对较近的恒星(小于约 30 光年)周围发现一颗明显类地行星,也许甚至在半人马座阿尔法星成员之一周围,距离略高于四光年。让我们进一步假设——可能是借助詹姆斯·韦伯太空望远镜,或者下一代地面超级望远镜——我们收集到大气层的证据,甚至发现大的化学线索,表明这个世界上可能存在生物圈。接下来我们该怎么办?
有一些相当平凡的答案——制造更好的仪器,获得更好的统计数据——这可能是最现实的,但也有一种挥之不去的想法,那就是接下来要做的事情是找到一种方法来近距离研究这样的行星。如果喝了足够的咖啡,那么问题就变成找到一位方便的托尼·斯塔克,他愿意投入数千亿美元用于星际机器人探测器,以追求荣耀(或者可能给他的现实生活榜样,SpaceX 的埃隆·马斯克打电话)。但是有一个问题,除非你打算进行一次非常长的往返旅行,否则你如何将信息传回?虽然我们现在非常擅长接收来自遥远航天器的信号——甚至来自旅行者 2 号,它距离地球超过 100 个天文单位——但从几光年外获取数据将非常困难。所需的发射功率,以及星际闪烁,可能是主要的障碍。
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一个在各种伪装下出现的解决方案,甚至在冯·诺伊曼探测器和行星际互联网的想法中也出现过,那就是你不仅仅发送一个探测器。相反,你发送一连串探测器——串在绳子上的珍珠——即使不能单独直接传回地球,它们也能够相互通信。这将需要很长时间,但随着链条的最远端逐渐靠近目标恒星系统,我们将获得持续的反馈,随着我们缓慢穿越星际空间,数据将持续中继。在太阳系最外层的实际极限处——相当于互联网“骨干网”——建立最大的接收器和发射器,并与地球保持清晰的线路可能是最佳选择。那么,你需要多少个探测器才能到达像半人马座阿尔法星这样的地方?
这个系统距离我们约 278,000 个天文单位 (AU)。如果我们乐观地认为我们可以制造出能够进行数百个天文单位范围内高带宽双向通信的探测器,那么我们谈论的是一千个或更多的设备。这听起来非常具有挑战性,但请记住,我们(作为某种假设的极其耐心的物种)可能不期望探测器 1 号在几万年内到达半人马座阿尔法星。我们只需要大约每十年发射一次。即使每个探测器花费 100 亿美元(考虑到最初几个模型之后成本降低),在这个时间尺度内也只是九牛一毛。与此同时,我们拥有一条不断延伸到星际空间的触角。作为一个具有创新精神的物种,我们无疑会想到越来越多美好的东西添加到探测器中,从而提高科学回报。
为发射器和接收器供电,以及确定其天线或碟形天线的尺寸仍然是一个问题。考虑到到达目标恒星的时间尺度,即使是放射性同位素也会逐渐衰减(裂变反应堆是不可行的,燃料燃烧得太快——但或许携带浓缩铀是一种选择,正如一位评论员在早期的“无限生命”帖子中讨论的那样)。我个人认为,用化学能补充裂变材料实际上可能是最佳选择;携带储存的天然冷却的氧化还原组分,定期混合它们,并在需要功率提升时为电池充电,这是终极燃料电池。
提高通信效率的一种方法是使用激光而不是更传统的射频发射器。1994 年,喷气推进实验室的 Lesh、Ruggier 和 Cessarone 写了一篇有趣的研究,他们在研究中得出结论,从 4 光年外的半人马座阿尔法星附近进行传统无线电通信,需要兆瓦级的功率,或许可以用输出功率为 20 瓦的调制激光器代替(另请参阅 Paul Gilster 在 Centauri Dreams 上的这篇精彩文章)。带宽并不令人兴奋,大约每秒 10 比特(那时没有 Netflix 流媒体),但嘿,伙计们,它来自另一颗恒星附近。显然,如果改用串珠式宇宙飞船配置,则平均通信链路距离可以大大缩短,并且带宽和信号锁定难易程度可以大大提高。
都是过度咖啡因刺激的推测?也许吧,但如果我们真的认真考虑跨越界限,那么确保我们不会丢失信号将是一个非常现实的问题,而构建我们痴迷信息的物种互联网的最外层肢体可能是将宇宙带回我们身边的最简单方法。
这篇文章是对 2010 年一篇旧的“无限生命”文章的重新加工。它似乎是对之前关于质量效应和费米悖论的帖子的恰当后续,也许是我们接下来走向何方的一丝曙光……