人类探索太阳系的历程已取得显著进展。虽然航天活动已持续约60多年，但至今尚未实现对银河系中数千亿颗恒星的直接探测——不过这一现状可能在20年内发生改变。

2016年4月12日，俄罗斯企业家尤里·米尔纳（Yuri Milner）宣布启动“突破摄星”（Breakthrough Starshot）计划，旨在研发微型探测器前往距离太阳最近的恒星系统——半人马座α星（Alpha Centauri）。该计划作为“突破倡议”（Breakthrough Initiatives）的一部分，获得了著名物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和基普·索恩（Kip Thorne）等人的参与支持。米尔纳在发布会上表示：“55年前尤里·加加林（Yuri Gagarin）完成了首次载人太空飞行，现在我们将迈向星际探索的新阶段。”

尤里·米尔纳（左三）和史蒂芬·霍金（前中）等科学家一起宣布「突破摄星」计划

这究竟是什么样子的计划？“突破摄星”（Breakthrough Starshot）计划采用了一种前沿的激光推进光帆技术，旨在将微型探测器加速至光速的20%，使前往半人马座α星的飞行时间缩短至约20年。这项技术与传统的太阳帆有本质区别：太阳帆依靠太阳辐射压推进，加速度仅约0.006毫米/秒²；而激光帆系统由地面10吉瓦级激光阵列驱动，可产生比太阳帆强约10000倍的推进力。

计划中的“星片”（StarChip）探测器采用纳米级集成技术，总质量仅约1克，却集成了通信系统、成像设备和核电池等关键功能模块。探测器配备直径4米的超薄光帆，厚度仅约100纳米。这种设计使得微型探测器能够在强大激光束的推动下获得极高的加速度，为人类首次实现星际探测创造条件。

只需两根手指，就能握住小小的星芯片宇宙飞船

从理论上分析，“突破摄星”计划提出的推进方案具有以下技术特征：地面部署的激光阵列系统将向地球轨道上的“星片”探测器发射功率达100吉瓦（1000亿瓦特）的聚焦激光束。当激光束作用于探测器配备的超薄光帆时，通过光子动量传递效应可产生约6万倍地球重力加速度的推进力。在此条件下，探测器可在约1分钟内被加速至光速的20%（约2.16×108千米/小时）。

以光速20%的速度在太阳系内航行将展现出惊人的效率。探测器仅需数小时即可抵达火星轨道，而传统化学推进探测器需要数月时间；飞抵冥王星仅需三天，相比之下“新视野号”探测器耗时近十年才完成这段旅程。最关键的是，这种推进技术能使探测器在大约20年内抵达距离太阳4.37光年（约40万亿千米）的半人马座α恒星系统。

选择半人马座α作为目标主要基于其作为距离太阳系最近的恒星系统的优势。现代天文学研究显示，该三星系统中的每颗恒星——半人马座αA、αB和比邻星（半人马座αC）——都可能拥有行星系统。探测任务的核心科学目标是获取这些系外行星的影像和数据资料。由于星际距离的限制，这些科学数据以光速传播仍需4.37年才能传回地球。考虑到这些数据对系外行星研究的重大价值，从发射到获取完整数据的25年周期在科学探索尺度上可谓转瞬即逝。

半人马座α系统由三颗恒星组成：半人马座αA和αB是与太阳相似的G型和K型主序星，而比邻星（半人马座αC）是一颗质量较小的M型红矮星。目前“突破摄星”计划尚未最终确定探测器的具体探测目标。

南门二的三颗星是最接近太阳的恒星

2015年初，天文学家宣布在半人马座αB（南门二B）周围可能发现一颗系外行星，暂命名为半人马座αBb。初步观测数据显示该行星轨道十分接近恒星，表面温度过高而不具备宜居条件。然而后续研究对这颗行星的存在提出了质疑，认为早期观测信号可能是仪器噪声造成的误判。尽管如此，考虑到半人马座αA和B这两颗与太阳光谱类型相似的恒星特性，该系统中存在系外行星的概率仍然很高。随着下一代天文望远镜（如詹姆斯·韦伯太空望远镜）投入使用，将有望直接观测到这个恒星系统的行星。

星际探测器抵达半人马座α系统后，不仅能传回系外行星的直接影像，还能通过光谱分析获取其大气成分等关键数据，从而评估行星的宜居性。即便探测到的是一颗表面被熔岩覆盖的极端环境行星，其地质特征和大气组成也将为行星科学研究提供宝贵资料。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：孙明轩 上海工程技术大学 教授

来源: 科普中国创作培育计划

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