一項(xiàng)新研究提議向20光年外的黑洞發(fā)送一枚克級(jí)探測(cè)器。

天體物理學(xué)家科西莫·班比（Cosimo Bambi）提出了一項(xiàng)為期百年的計(jì)劃：利用強(qiáng)大的激光束，將一枚“回形針大小的納米飛行器”送往一個(gè)黑洞。

這項(xiàng)大膽任務(wù)的目的將是檢驗(yàn)物理學(xué)的基礎(chǔ)理論和廣義相對(duì)論。

一個(gè)持續(xù)百年的黑洞任務(wù)？這現(xiàn)實(shí)嗎？

坦率地說(shuō)，這個(gè)概念目前面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和數(shù)萬(wàn)億歐元的經(jīng)濟(jì)成本。

但班比相信，在未來(lái)幾十年內(nèi)它有可能成為現(xiàn)實(shí)。

“我們需要‘幸運(yùn)地’在20至25光年內(nèi)找到一個(gè)黑洞。當(dāng)然，這不在我們的掌控之中。如果太陽(yáng)系20至25光年范圍內(nèi)存在一個(gè)黑洞，那么找到有興趣發(fā)送探測(cè)器去研究它的群體應(yīng)該不會(huì)太難，”該研究的作者、中國(guó)復(fù)旦大學(xué)的天體物理學(xué)家科西莫·班比（Cosimo Bambi）表示。

任務(wù)藍(lán)圖

該任務(wù)的核心構(gòu)想是一枚納米飛行器 —— 一個(gè)配備有微型芯片和光帆、重量?jī)H克級(jí)的探測(cè)器。

探測(cè)器上的光帆將受到來(lái)自地球地面強(qiáng)大激光發(fā)射的光子轟擊，從而將探測(cè)器加速到“約三分之一光速”。

以此速度飛行的納米飛行器，大約需要70年才能抵達(dá)一個(gè)20至25光年外的黑洞。整個(gè)任務(wù)將持續(xù)80到100年 —— 額外的二十年用于將收集到的數(shù)據(jù)傳回地球。

首要的重大障礙是找到一個(gè)鄰近的黑洞。

這些宇宙巨獸因不發(fā)光而難以探測(cè)；通常是通過觀測(cè)它們對(duì)附近恒星的引力效應(yīng)或?qū)饩€的扭曲來(lái)定位的。

班比樂觀地認(rèn)為，現(xiàn)有及未來(lái)的技術(shù)將使科學(xué)家在未來(lái)十年內(nèi)找到合適的目標(biāo)。

任務(wù)的可行性直接取決于最近黑洞的距離。

如果黑洞位于40至50光年之外，任務(wù)將變得極具挑戰(zhàn)性。如果黑洞距離超過50光年，技術(shù)障礙將被認(rèn)為過大，任務(wù)很可能會(huì)被放棄。

克服障礙

除了找到黑洞，這項(xiàng)提議的任務(wù)還面臨兩大障礙：當(dāng)前技術(shù)的局限性和高昂的成本。

作者指出，標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)燃料航天器對(duì)于星際航行來(lái)說(shuō)太慢了。該任務(wù)需要一種目前尚不存在的納米飛行器技術(shù)，而推進(jìn)它所需的激光器當(dāng)前造價(jià)約為一萬(wàn)億歐元。

但好的一面是，技術(shù)一直在飛速發(fā)展。

在未來(lái)30年內(nèi)，該任務(wù)的成本可能降至約10億歐元 —— 與我們今天用于大型太空任務(wù)的支出相當(dāng)。

那么，如果成本可能可控，技術(shù)本身呢？一個(gè)回形針大小的飛行器能否在穿越星際空間的漫長(zhǎng)旅程中存活下來(lái)？

班比認(rèn)為可以，并引用了像旅行者1號(hào)這樣的探測(cè)器為例（它于1977年發(fā)射，至今仍在運(yùn)行）。

科學(xué)回報(bào)

現(xiàn)在，最重要的是該任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。

班比認(rèn)為，地面儀器，如引力波探測(cè)器和強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，固然價(jià)值非凡，但它們存在局限性。這些儀器需要復(fù)雜的理論模型來(lái)解讀來(lái)自“復(fù)雜”環(huán)境的數(shù)據(jù)。

“我們并不確切知道它們（指黑洞）所處的具體環(huán)境，因此構(gòu)建正確的理論模型可能在根本上就是不可能的，”他告訴IE。

向一個(gè)孤立黑洞發(fā)送探測(cè)器將提供一個(gè)更“潔凈”的系統(tǒng)供研究，從而允許進(jìn)行直接、精確的測(cè)量和實(shí)驗(yàn)。

一次成功的任務(wù)可能回答物理學(xué)中最深刻的一些問題，例如黑洞是否具有事件視界，以及愛因斯坦的廣義相對(duì)論在宇宙最極端的條件下是否仍然成立。

該項(xiàng)目目前是一篇旨在引發(fā)科學(xué)界討論的“前瞻性文章”。而科學(xué)，正是關(guān)于實(shí)現(xiàn)不可能之事。

該研究成果已發(fā)表在《iScience》雜志上。

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