以人类现有的科技，研究一光年以外的东西有用吗？ 第1页

研究从“一光年外”到上百亿光年外的东西所带来的科技成果，早已广泛应用在人们的日常生活中——你以为你身边司空见惯的高性能光学设备和精密电子机器最初是拿来做什么的呢。

• 电荷耦合器件（CCD）是在二十世纪六七十年代为天文图像开发的感应器，其改进和普及可归于哈勃太空望远镜使用的超灵敏CCD技术。CCD在二十一世纪初广泛存在于数码相机、网络摄像头和手机之中，现在仍统治高级照片扫描仪和军用器械（民用则使用CMOS）。
• 大量的通讯公司是为了处理射电望远镜的数据而建立的，所用的工具、设备、数据处理方法来自射电天文学。锐化射电望远镜图像的方法用在WLAN设备中。
• 射电天文学的孔径合成技术，已经用在CT、磁共振成像、正电子发射断层扫描等医学成像工具。医学还使用天文学仪器·方法·自适应光学技术，来研究血液样本、检测癌症等疾病、照顾婴儿（恒温育婴箱的温度传感器本来是控制天文望远镜仪器温度的）等等。
• 航空、航天、导弹防御使用天文学用来指向和校准望远镜的分布观测技术、天文学用来在白天测量星光光子的技术，后者也被用来检测有毒有害气体。
• 对遥远恒星的研究帮助人类推进对太阳的研究，进而加深对地球气候、海洋活动规律等课题的理解，而且全球卫星定位系统依靠遥远星系和类星体的位置来确定准确位置。
• 汽车工业、石油公司等看似与天文无关的行业，也使用天文编程语言和天文图像处理工具来分析固态物理、石油样本、车祸数据之类。
• 用来制造太空望远镜的无尘室标准、空气过滤器、无尘服，已经用在医院和生物实验室。
• 检测遥远的大质量天体的引力辐射的设备已经被产业用来测定地下油库的稳定性。
• X射线天文台的成像技术现在也用在从安检扫描到研究可控核聚变等离子体的各个方面。

“开采太阳系其他星球的能源”比上面这些要遥远多了，而且和太阳能比起来过于昂贵。

题目对1光年有些误解。这个单位不是用真空光速乘以365天得到的，天文、地理、古生物学使用的年是儒略年（365.25天），1光年的长度是9460730472580800米，精确值。

帕克太阳探测器的峰值速度预计在2025年出现，约192千米每秒。那不太重要，人类设计的恒星际飞行器的速度跟这不是同一个数量级。2016年“突破摄星计划”设计的轻型光帆飞行器可以达到真空光速的20%，近未来的技术让光帆飞行器达到真空光速的30%也不困难。

简单的构造就可以从太阳辐射和太阳风里集结巨大的能量去推动航天器，例如戴森-哈罗普太阳风发电卫星。太阳泵浦激光、核爆泵浦激光之类非常规的激光器都可以用在这个领域。光帆可以在大规模照射下多级反射来减速，也可以使用结合光帆的SWIMMER来控制航向。

• SWIMMER（Spacecraft With Interstellar Medium Momentum Exchange Reactions）^[1]可以达到真空光速的5%~50%，并在电磁波束可以到达的范围内有效减速。SWIMMER的工程挑战并不小，但其构造非常简洁、单纯，不需要任何超越现在的科学技术，远比光帆飞行器容易减速。根据你建造的具体规模，它可以朝临近的其它恒星附近投送大量的载荷，在十几年到九十年内运输大量的机器和少量人员/制造人员的设备抵达比邻星附近。

光帆飞行器的减速：

多级反射

回转

“1光年外存在的宜居行星”需要带个额外的恒星或者内部热源，否则最近距离也要放在半人马座阿尔法附近。现在距离我们最近的非太阳恒星是比邻星（半人马座阿尔法C），距离地球约4.244光年，然后是半人马座阿尔法A和B，距离地球约4.366光年。

输入大于输出的可控核聚变早已完成，那不能有效用于推进。输出大于输入的可控核聚变的有无，对“去比邻星花多少时间”的影响并不大：

• 惯性约束核聚变推进并不需要多么可控，其性质跟核爆脉冲推进是很接近的，
• 核聚变推进的航天器并非同等技术水平下的最快航天器。

航天器速度的问题可以参照此处^[2]。

近五十年前提出的代达罗斯飞船那样的惯性约束核聚变飞行器受核装置的庞大重量和有限制的燃料质量比造成的影响，速度不能太大。其尾气喷出速度可以达到真空光速的7%，正常条件下能期待的是达到真空光速的15%，如果在目的地附近需要减速，到比邻星附近要花约三十年时间。在不需要减速的场合，燃料达到最终船体和载荷质量的约17.105倍可以将飞船推到真空光速的20%，与光帆飞行器的速度接近。

如果你要运载大量的人口，使用六十多年前提出的恩兹曼世界舰那样的超重型核聚变载具，需要约152年，每一条飞船都将运载二十万到数百万人抵达比邻星附近。

读者有时会遇到面对庞大的数字连四则运算都忘记了的人，他们会提出一些可笑的观点，例如这样高速的飞行器的加减速对有效载荷的影响。其实以上所有飞行器在正常工作状态的加速度远低于1倍标准重力加速度^[3]。例如维持0.1米每二次方秒的加速度，你花上100天可以达到864千米每秒的速度。这些设计所需的科技并不多么超出人类现有的科技——但是需要很多钱。

不需要那么多钱，天文学也是人类文化的重要组成部分，早在现代科学诞生之前就激励了一代代人。你以为遥远的星空能被太阳系这点东西代替么。

2009年“国际天文年”在超过148个国家和地区发起了数千项活动，接触了超过8亿人。一些研究显示，天文学的主要贡献不是上面提到的一切科技进步和医学成果，而是扩展人类的视野，让人感受宇宙的巨大，探索地球和人类在其中的存在方式，思考如何让人类长久地存续下去。美国国家研究委员会的报告指出，在中小学参与过天文学相关的教育活动的学生比平均水平更有可能从事科学研究或科技产业，并经常关注科学的最新进展，这有利于所有的科学领域。天文学是相当少见的“允许顶级的科学家与社会上完全业余的人们直接互动”的科学领域之一，其研究和发展推动了全人类的合作。

参考

1. ^ https://arxiv.org/abs/1808.02019
2. ^ 宇宙中几乎真空，飞行器速度为什么不可以无限增加，即使加速到光速的百分之二十都十分难？ - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/359780238/answer/927935505
3. ^ 约9.8米每二次方秒