自人类开始实施太空计划以来,数以千计的航天器被送上太空。不过,我们通过航天器来接触宇宙的能力,基本上都被限制在了太阳系内,而造成这种局面的一个主要原因是距离。虽然2012年8月,传奇的航天器“旅行者1号”穿越了日球层顶,成为首个进入星际空间的人造物体,但旅行者1号耗费了30多年,才完成了这一壮举。若要想抵达距离太阳系最近的恒星——比邻星,旅行者1号还需继续航行8万年。
以目前的技术来看,使用传统的化学推进的航天器根本无法以足够快的速度移动。航天器本身的质量和它的推进系统都使它无法达到星际之旅所需的相对论速度。因此,若想要逃离太阳系的束缚,展开星际之旅,我们需要新的推进技术。2009年,NASA开始启动一个名为星光(Starlight)的航天计划,其目标是想要通过大规模的“定向能量”来推动小型航天器达到相对论速度,从而实现人类的第一次星际任务。
他们为这一计划制定了详细的路径,需集结各领域的科学家和工程师数十年的努力才可能实现。从技术层面来说,定向能量系统会利用光作为推进剂。通过照亮安装在航天器上的反射器(激光帆),航天器的速度会被推进到光速的20~30%。关键是,这种技术能把推进装置留在一个固定的地方,比如将激光阵列部署在地球上或月球上,用直接的光子动量交换来实现相对论速度。
最近,宇宙学家Philip Lubin和生物学家Joel Rothman与其各自团队,共同思考了如何才能让生物踏上这样一段漫长的星际旅程。他们考虑了星际空间环境对生物系统的生存及其研究会造成的一些独有的挑战,并将研究结果发表在了《宇航学报》杂志上。送入星际空间的生命会暴露在微重力、超重力(在发射和推进阶段),以及空间辐射下。此外,当航天器没有做好适当的环境控制时,还有可能暴露在真空和极端温度下。
这样的问题对于大多数的地球生物来说都是致命的。为了能为在星际空间中进行生物学实验提供“物种选择指南”,研究人员回顾了过往在地面和空间进行的相关生物实验。他们发现,在微重力环境下,包括铜绿假单胞菌在内的几种常见微生物都会出现应激反应。在超重力环境下,常见于实验室中的果蝇会受到较大不利影响。但搜寻结果中并非一无所获。比如Rothman发现,实验室的模型生物秀丽隐杆线虫就能够很好地在超重力环境下生存。
他认为线虫或许可以成为第一批在恒星之间穿行的地球生物。除了线虫之外,有着地表最强生物称号的缓步动物——水熊虫,也是星际旅行的强有力的候选者。虽然缓步动物在超重力环境下也会遭遇一定的负面影响,但它比果蝇等更大的生物具有更强的抵抗力。而且,缓步动物可以进入一种被称为“tun”的状态,在这种状态下,它们的新陈代谢降低到正常活动的0.1%。
如果在发射阶段它们以这种形式存在,就有可能减轻超重力对其造成的不良影响。新研究回顾了有着不同质量、不同代谢率的生物群体,发现除了像缓步动物等少数几种能够进入几乎没有代谢活动状态的动物,其他动物的单位组织质量对能量需求几乎是普遍的。而那些可以进入“隐生”的动物也更适合星际飞行。