入侵三體星的飛船至少需要98個人？少一個難道就會失敗？

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星際旅行面臨無數技術挑戰，新研究發現，如果派遣世代飛船前往比鄰星b，最少需配備98名船員。低於這個人數，成功幾率將大幅降低。如果只有32名船員，成功幾率將降為零，因為一個如此小的群體將不可避免地發生近親繁殖。

比鄰星b藝術概念圖

所環繞的半人馬座比鄰星是距離太陽最近的恆星。這顆行星距地球大約4.2光年，是已知距太陽系最近的系外行星

人類一直夢想著登上其它行星。在載人航天成為現實前，這一夢想就已存在。最近幾十年，科學家發現數千顆系外行星，包括附近恆星系統的行星（例如比鄰星b）。這些發現讓載人探索系外行星的夢想進一步照進現實。不過，星際旅行面臨無數技術挑戰，只有戰勝這些挑戰之後，我們才能實施載人星際探索任務。

還有很多疑問需要找到答案，應該派遣何種飛船造訪比鄰星b或者附近的其它系外行星？飛船上又應該配備多少人員？一支法國科學家小組對第二個問題進行了研究，計算出確保多代船員身體健康並且順利抵達比鄰星b所需的最小人員編製。

比鄰星b藝術概念圖

此項研究由斯特拉斯堡天文台的天體物理學家弗雷德里克·馬林和創業公司Casc4de的粒子物理學家卡米勒·伯魯菲進行。研究論文《計算半人馬座比鄰星b多代太空之旅的最小人員編製》於最近在線刊載，不久後將刊登在《英國星際學會雜誌》上。該系列的第一篇論文《HERITAGE：用於多代船員星際旅行可行性評估的蒙特卡羅代碼》刊登在《英國星際學會雜誌》上。

DSTART團隊設計的世代飛船

研究中，馬林和伯魯菲對一系列星際旅行設想進行了評估，包括核脈衝推進（例如獵戶座計劃）和核聚變火箭（例如戴達羅斯計劃）等更傳統的方式，以及突破攝星這樣更具現代感的概念。無論是無人還是載人探索（突破攝星），這些任務仍有很長的路要走。為此，馬林和伯魯菲還對近期內將要上演的任務進行了分析，例如美國宇航局的帕克太陽探測器。這顆探測器的軌道速度將達到創紀錄的724205公里/每小時，相當於光速的0.067%。

馬林在一封電郵中表示：「我們的評估完全立基於任務實施時所能使用的技術。如果現在製造一艘飛船，速度只能達到每秒200公里左右，需要6300年。當然，技術會隨著時間推移不斷發展進步，在星際旅行成為現實時，我們能夠大幅縮短所需時間，例如630年抵達目的地。不過，這只是我們的推測，因為相關技術尚未浮出水面。」

獵戶座核動力飛船概念圖

在確定速度和耗時——每秒200公里和6300年——的基準後，馬林和伯魯菲又將目光投向確保船員身體健康並且順利抵達比鄰星b所需的最小編製。藉助馬林編寫的一個新代碼，他們進行了一系列蒙特卡羅模擬。蒙特卡羅是一種數學方法，分析決策時的偶然因素帶來的可能結果。

馬林說：「我們採用了由我研發的一個新數學軟體，名為HERITAGE。詳細信息參見系列論文的第一篇。它是一個隨機蒙特卡羅代碼，通過測試關於生育、生存和死亡的每一個隨機想定，解讀太空旅行模擬的所有可能結果。通過讓模擬循環數千次，我們獲得多代船員進行太空旅行的相關統計數值。這個代碼儘可能考慮更多生物學因素。隨著研究的深入，越老越多的物理學因素也將在考慮範圍之內。」

戴達羅斯火箭

加滿燃料後的重量達到驚人的6萬噸。在它面前，土星V型火箭就像一個「小矮人」

星際旅行的生物學因素包括男女比例，年齡、壽命、生育率、出生率以及可用的生育時間。還要考慮一些極端情況，包括事故、災難、災難性事件以及可能波及的船員人數。依照這些因素以及不同數值，他們模擬了100次星際旅行，而後取模擬結果的平均值，確定所需的最小人員編製。

根據他們的結論，如果派遣世代飛船前往距離地球最近並且擁有潛在宜居行星的恆星系統，最少需要配備98名船員。低於這個人數，成功幾率將大幅降低。如果只有32名船員，成功幾率將降為零，因為一個如此小的群體將不可避免地發生近親繁殖。待到飛船抵達比鄰星b時，登上這顆星球的將是一群遺傳上存在缺陷的殖民者。讓這樣的殖民者開拓比鄰星b顯然不是一個好主意。

帕克太陽探測器藝術概念圖

馬林指出：「星際旅行將歷時幾百年。我們的模擬能夠對最小人員編製進行準確預測。旅途中，船員們要遵守一系列社會工程學原則，包括每年估計船員人數以及對後代和生育的各種限制。我們在論文中指出組建和保持一個幾乎無限期的健康群體的可能性是存在的。」

雖然星際旅行所需的技術和資源要在幾代人之後才能成為現實，但研究相關要素具有非常重要的意義。我們要做的就是儘早確定星際探索任務的成功幾率以及哪些因素能夠提高成功率，最終將這些發現應用於未來的任務。

超級地球Gliese 581c與地球對比圖

馬林和伯魯菲的研究具有非常重要的意義。它們首次考慮了生殖等重要的生物學因素，以及這些因素如何影響船員。馬林指出：「我們的研究旨在對世代飛船進行模擬模擬，為未來的太空探索做好準備。這是一項跨學科研究計劃，利用了物理學家、天文學家、人類學家、火箭工程師、社會學家和其他很多專家的專業知識。HERITAGE是第一個用於計算存在親屬關係的星際飛船船員概率演化的蒙特卡羅代碼，有助於我們確定提議的人員編製能否在幾代之後仍擁有健康的身體。」

突破攝星計劃旨在上演人類的第一次星際旅行

馬林說：「在籌備任何多代探索任務時，確定最小人員編製都是必不可少的一步，有助於敲定探索任務所需的資源和預算，在社會學、倫理學和政治層面也有啟示意義。在探討創建任何自給自足的殖民地時，這些因素同樣不可或缺——不僅僅針對人類在行星上建造定居點，同時還能帶來更具現實意義的影響，例如管理瀕危物種的基因健康或者在限制性環境下分配資源。」

《星際迷航》中的「進取」號飛船

The Conversation最近刊登的一篇文章中，馬林講述了他與伯魯菲的研究計劃。他們的研究旨在確定安全實施星際探索任務所需滿足的條件，以確保船員健康和旅途安全。他在文章中指出：「在目前發現的3757顆系外行星中，最近的類地行星也在40萬億公里之外。如果以1%光速——遠超當前的飛船極限速度——的速度飛行，也需要422年才能抵達目的地。也就是說，一個人不可能在有生之年完成星際旅行。星際旅行是一次漫長任務，必須找到一個解決方案，確保船員能夠在深空生存數百年。我們的研究計劃旨在確定一次自持漫長太空任務在硬體和人員配置方面的最低要求。通過這種研究，我們對多代星際旅行所需滿足的條件進行精確評估，揭示未來的載人太空探索、移民和定居任務。」

星際飛船藝術概念圖

未來幾十年，新一代望遠鏡將發現數千顆系外行星。更為重要的是，這些高解析度觀測設備能夠揭示系外行星的諸多特徵，加深科學家對它們的認知。例如，它們能夠揭示大氣層的光譜，幫助科學家確定系外行星是否具有適居性。

隨著更多候選系外行星浮出水面，我們需要進一步做好準備，在準備中等待星際旅行任務的到來。屆時，我們的科學家將武裝上所有必要信息，確保船員安全抵達目的地並保持身體健康，以便迎接探索新世界時可能遭遇的各種挑戰。

來源：漫步宇宙

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