前往火星要6個月，去比鄰星要7萬年，什麼能源能助人類突破太陽系

自從人類看到天空的那一天起，就在幻想飛上去看看那是一個怎樣的世界。尤其在現代天文學乃至航天學建立之後，在具備了太空探索的基本能力後，更加對其他星球充滿了嚮往。可是，當我們實實在在展開太空探索時，才發現自己的能力有麼有限。

目前人類發射的所有探測器中，飛出最遠的就是旅行者1號，目前距離我們也只有223億公裡。這個數字看似非常驚人，但它距離比鄰星仍然非常遙遠，需要7-10萬年才能到達。在太空中，人類探測器比烏龜還慢。

（圖片說明：1997年卡西尼號探測器升空畫面，目前人類的火箭發射仍然完全依賴於化學燃料）

我們也不必過於失望，雖然現在的探測器還非常慢，但我們目前已經掌握了4種可以達到更加驚人速度的方法。只不過，這些方法目前仍然不成熟。一旦其中一個能夠實現突破，那麼我們飛出太陽系的那一天也指日可待了。

核動力火箭

雖然人類的探測器已經開始嘗試利用核裂變的方式發電了，但想利用核能給整個火箭供電，仍然還只是個概念。目前來說，火箭燃料還是以液氫較為常見，另外如甲烷、偏二甲肼等也都有使用。總之，我們仍然是依靠化學反應來給火箭提供動力。

（圖片說明：美國國家點火設施，專門研究人造太陽，即可控核聚變）

我們知道，這樣的反應所提供的能量非常有限，因為其能量來源不過是化學鍵重新組合所產生的能量差。而一個原子99.95%的能量都集中在原子核中，如果我們能利用這些能量，那麼將會大大提升火箭的速度。沒錯，這就是核反應。

根據愛因斯坦的質能方程，1公斤化學物質反應釋放的能量大約相當於1毫克的質量，而如果是利用中子轟擊鈾使其裂變的話，則可以獲得相當於955毫克質量的能量，幾乎是化學燃料的1000倍。想一想TNT炸藥和原子彈威力的區別，就更容易理解二者之間的巨大差距了。

這還只是核裂變。如果我們能夠利用核聚變來提供能量，那麼火箭能夠獲得的動力就更加可觀了。想一想，核聚變可是氫彈的基本原理！如果是1公斤的氫聚變為氦，那麼我們獲得的能量將相當於7.5克的質量，非常驚人！如果我們能夠利用核聚變的原理來給火箭加速，那麼它能獲得的加速時長將遠遠超過現在的一切燃料，這可以讓我們用幾百年甚至幾十年就抵達比鄰星。

不過，目前我們的核聚變還沒有發展成熟，無法實現可控的核聚變反應，這也是全世界各個國家正在全力攻克的難題。前不久，媒體剛剛報導了人類第一座核聚變反應堆展開建設，預計在2025年建成。不過，如此巨大的反應堆肯定不能用在火箭上，至於火箭什麼時候能夠用上小型的核聚變反應堆，目前也不得而知，有人認為要等到2100年。

反物質

同樣是利用質能方程的原理，反物質比核聚變的能量轉化率高得多。或者我們可以誇張地說：對於反物質來說，無所謂什麼能量轉化率，因為它的原理就是把所有的物質轉化為能量，轉化率100%。

反物質的原理非常簡單，一對相反的物質在一起會發生湮滅現象，完全變為能量。僅僅1克反物質與等量物質完全湮滅，就會產生1.8×10^14焦耳的能量，相當於3顆廣島原子彈，可見其威力有多麼巨大。如果我們能夠將這樣的能量利用在火箭上，產生的推力將相當驚人。

但是，我們對於反物質的了解還比較有限，目前也無法真的在實踐中利用反物質，其主要難點集中在三個方面：

（圖片說明：歐洲核子研究中心反物質工廠）

• 如何創造穩定的、中性的反物質；
• 怎樣將反物質與正常物質分開開來，實現對其的精確和長時間控制；
• 對反物質的批量生產，使其能夠在實踐中被人類利用。

目前來說，前兩個問題已經在一定程度上得到了解決。

在歐洲核子研究中心的反物質工廠，科學家們已經嘗試將反質子與正電子結合，成功製造了反原子，實現了歷史性的突破。同時，他們能夠利用磁場和電場，將這些製備出來的反物質禁錮在遠離普通物質的位置，使其穩定存在了約1個小時。

（圖片說明：反物質火箭假想圖）

目前，我們唯一無法攻克的就是批量生產反物質。人們一直調侃，反物質是世界上最貴的物質，生產一克就需要至少幾千億美元。如果有一天我們實現了批量生產反物質，屆時我們對反物質的保存也將更加遊刃有餘。那麼，反物質火箭想必也不會太遠，它將通過令人震驚的強大推力，幫助我們探索這個宇宙。

暗物質

和反物質相比，暗物質就更加神秘了，目前沒有人知道暗物質到底是什麼，只知道它佔了全宇宙質量的85%左右。

（圖片說明：雖然目前還不了解本質，但我們知道暗物質在銀河系內廣泛分布，甚至也出現在了太陽系）

有些人認為，暗物質的本質也是一種玻色子，而且有一點非常特別：它就是自己的反物質。他們相信，雖然概率並不高，但是在很少的情況下，它們會自己之間發生湮滅現象，從而提供大量的能量，為火箭提供動力。

在宇宙中，很多遙遠的星系中心都有著驚人的伽馬射線暴。不同的科學家對這些伽馬射線的來源給出了不同的見解，其中一些就按照剛才我們提到的理論來分析，認為這股強大的能量就來自於暗物質之間的湮滅。如果我們將它利用在火箭上，那麼同樣可以實現速度的飛躍。同時，由於暗物質在銀河系隨處可見，我們不需要補充能量，完全可以就地取材，持續加速。

而且，如果真的可以不攜帶燃料，那麼人類的太空探索將實現更多的「不可能」。火箭可以在不超過光速的條件下無限加速，極大地擴展我們的探索範圍。

不過，這個想法目前仍然只是個想法，它首先依賴於暗物質的特性，必須要滿足上面我們提到的這個猜想。如果暗物質被證明並不具備這個特性，那麼前面說的一切都沒有意義。即使我們有一天證明了暗物質有這樣的性質，也仍然需要解決其他一些問題，如：

如何促進反物質之間的湮滅；

如何引導能量的釋放方向，確保火箭按照我們需要的方向前進；

怎樣有效地控制反應的速率和規模，讓火箭能夠按照我們的要求運行。

太陽帆

太陽帆的概念早在幾百年前就被提起，著名天體物理學家克卜勒在看到彗星後，發現太陽有一種讓彗星的彗尾甩向某側的力量，認為這可以幫助人類的工具穿越空間。

到了前幾年，著名物理學家霍金曾經鼎力支持的突破攝星計劃，也是以太陽帆為基礎，希望能夠通過這種方式實現在20年內抵達比鄰星的驚人速度。據介紹，它甚至可以使探測器達到20%的光速甚至更快。

現在我們知道，太陽帆的動力源來自於一種叫做光壓的力量。由於太陽光不會斷，所以太陽帆也可以持續飛行。而為了獲得更大的推力，太陽帆必須足夠大，甚至達到幾百米甚至幾千米的直徑。好在宇宙中天體的距離都非常遙遠，所以完全不必擔心太陽帆會撞到什麼天體。

（圖片說明：目前最有望接近光速的動力模式——太陽帆）

目前來說，世界各國也都在嘗試研發太陽帆，比如今年年初，我國的天帆一號就成功實現了展開，但距離真正的使用還有著非常遙遠的距離。另外，美國行星協會的光帆2號在去年6月份發射升空，目前也在進行著相關實驗。

太陽帆的難點在於如何製造如此巨大的帆，以及如何通過有效的摺疊和展開手段實現它的運行。它目前還無法載人，因為強大的加速度會讓人體崩潰。另外，加速到接近光速後，太陽帆如何減速也是一個問題。與此同時，我們還必須要有更加先進的材料，讓它變得更薄，才能獲得更輕的質量以實現更大的速度。

目前來說，石墨烯是最好的選擇。不過，人類何時能夠廣泛、批量地生產石墨烯並加以靈活應用，仍然是個未知數。

（圖片說明：太陽帆概念圖）

總結

人類的夢想，是星辰和大海。我們希望能夠衝出太陽系，看一看外面的宇宙。對於現在的人類來說，前往火星這麼近的距離尚且要半年之久。但我相信，隨著人類科技的不斷突破，我們真的可以到比鄰星去看一看。

目前來看，核聚變動力和太陽帆看起來還是比較有可能最先實現的。至於未來是否會有更加創新的技術出現，那就不得而知了。如果人類真的可以衝出太陽系，你最希望先去拜訪的是哪顆天體呢？