可持续的银河系航行者指南

格蕾塔·桑伯格的跨大西洋航行向世界展示了洲际旅行不必依赖化石燃料。通过利用风中可免费获得的能源，这位 16 岁的瑞典女孩成功从英国航行到纽约约 3500 英里，整个过程没有燃烧一盎司汽油或柴油。但她获得的能量是以时间作为代价的。大多数航空乘客只需七到八个小时就能完成的旅程，她和她的机组人员却花了两周时间。

桑伯格选择这种非传统的交通方式，是出于减少碳排放的愿望，但根据上周在网站 arxiv 上发表的一项尚未经过同行评审的研究，那些希望节约能源的经济型外星人可能会做出类似的牺牲。与试图使用耗油火箭或反物质引擎跨越难以想象的巨大星际鸿沟不同，极其先进的文明可以利用自然界最剧烈的爆发（如垂死的恒星和贪婪的黑洞）产生的能量，并利用它们发出的光和粒子爆发航行，就像桑伯格利用横跨大西洋的风航行一样。

“你基本上愿意等待很长时间，”这项研究的共同作者、佛罗里达理工学院的天体生物学家马纳斯维·林加姆 (Manasvi Lingam) 说，“但好处是你能够以非常高的速度行进。”

美国宇航局的两项星际探测器“旅行者号”和“新视野号”以每秒约十英里的速度飞行了大约十年，才到达太阳系中更远的目标。但以这样的速度到达附近的恒星则需要近十万年的时间。没有那么耐心的梦想家说，诀窍是放弃重型燃料，转而使用由强大激光驱动的微型光帆。理论上，一支这样的微型探测器舰队可以以光速的五分之一飞行，在二十年内到达最近的恒星，但代价是 100 千兆瓦——这是地球上八大发电站（包括中国的三峡大坝和美国的大古力水坝）的总发电量。

与此同时，各种宇宙灾难——从恒星爆炸到黑洞喷出光和其他粒子——都在向太空释放能量。林加姆和他的同事、哈佛大学物理学家阿维·勒布不禁想，既然可以利用免费能源，为什么还要自己发电呢？勒布在《科学美国人》最近的一篇博客中表示，借助极其先进的技术，装有光帆（目前正在地球轨道上测试的一种运输方式）的航天器可以借助光粒子的微小推动，在超新星异常明亮的输出上“冲浪”。在新发表的文章中，林加姆和勒布将他们的直觉付诸实践，计算出不同类型的光帆在不同自然现象的波浪中行驶的速度。

他们发现，宇宙飞船的最高速度会根据其理论能源而有很大差异。例如，一颗超新星的亮度可能相当于十亿个太阳，但只能将光帆加速到光速的十分之一左右（假设外星人的旅程开始地点距离爆炸地点足够远，飞船的温度不会超过温暖的 80 华氏度）。

有幸位于星系中心超大质量黑洞附近的文明可以旅行得更快。当气体、尘埃和任性的恒星向黑洞内坠落时，它们的能量可以以强大的喷流的形式释放出来——这是宇宙中已知的最明亮的物体之一。利用这些喷流，光帆可以将航天器拖到光速的 90% 甚至 99%，这足以让勇敢的水手在短短一百万年内到达邻近星系。林加姆说，这似乎很长，但与乘坐火箭进行同样的旅行相比，这并不算太糟糕，火箭大约需要宇宙的年龄。

当然，这样的计算确实将“说起来容易做起来难”这句话推向了新的极端。林加姆强调，这项研究纯粹是概念性的，并没有解决棘手的工程挑战，比如建造一艘能够经受住超新星轰击的飞船，或者在受到黑洞喷流冲击时保持完美方向的飞船。他们确实考虑了星际粒子的阻力，这种阻力可能会阻止飞船在爆炸之间航行在无风带，并发现在初始加速后折叠帆等简单措施可以将飞船的航程从几光年增加到数千光年。

这种运输方式的另一个缺点是，这种宇宙灾难并不容易发生。除非我们在接下来的几十年里徒步前往参宿四，并真的很幸运，否则谁知道何时何地会再发生超新星爆炸？别想乘坐黑洞喷流了。我们友好的邻居超大质量黑洞不是以这种方式开启的，用火箭到达另一个星系需要数十亿年。明亮的爆炸可能会使星际旅行变得负担得起，但大多数文明必须实现星际旅行才能利用它们——最终的两难境地。

林加姆说，如果他领导一个超级太空文明，他可能会带领一支所谓的“电帆”舰队去寻找脉冲星——旋转、磁化、坍缩的恒星。这些天体会发出强大的带电粒子“风”。专门的电帆可以用电场推动这种带电风，以接近光速的速度驶入宇宙。天文学家已经发现了数千颗脉冲星，这使得它们更容易成为当地旅行枢纽的候选者，外星人可能会从这些枢纽出发进行星际旅行，就像桑伯格从瑞典前往英国，然后穿越大西洋一样。林加姆说，这“有点像沙漠中的绿洲，不同的动物聚集在一起。”

这一结论是研究人员向《天体物理学杂志》提交的这项极具推测性的研究的一个实际成果。寻找外星无线电信号的天文学家通常专注于类似太阳的恒星，但也许他们也应该考虑脉冲星，并聆听为长途航行做准备的航天器的无线电通话。不过，这项研究主要是探索可能性的极限，无论人类是否会接近这一界限。我们想“看看物理定律能实现什么，不能实现什么”，林加姆说。