在浩瀚的宇宙中，黑洞以其極致的引力場(chǎng)和極端的物理環(huán)境，成為了科學(xué)家們探索宇宙奧秘的理想對(duì)象。近日，復(fù)旦大學(xué)教授卡西莫·班比提出了一項(xiàng)大膽而創(chuàng)新的計(jì)劃，旨在通過(guò)一艘僅重2克的納米飛行器，近距離探測(cè)黑洞的奧秘。
這項(xiàng)設(shè)想并非空想，班比教授已將其研究成果以論文形式發(fā)表在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《iScience》上。在接受采訪時(shí)，他分享了這一可能耗時(shí)百年的星際探索愿景。盡管未來(lái)的望遠(yuǎn)鏡和引力波探測(cè)器有望實(shí)現(xiàn)更為精確的天體觀測(cè)，但班比強(qiáng)調(diào)，缺乏先進(jìn)的理論模型，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)將難以充分發(fā)揮其科學(xué)價(jià)值。而一個(gè)孤立存在的黑洞，則可能成為一個(gè)相對(duì)“干凈”的觀測(cè)對(duì)象，有助于對(duì)廣義相對(duì)論進(jìn)行精確的檢驗(yàn)。
然而，將這一宏偉計(jì)劃付諸實(shí)踐，面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，從技術(shù)層面來(lái)看，按照當(dāng)前的技術(shù)水平和價(jià)格，僅建造用于加速飛行器的激光陣列一項(xiàng)，就需要耗資約1萬(wàn)億美元。盡管班比教授預(yù)計(jì)，隨著技術(shù)的迭代，未來(lái)20到30年內(nèi)這一成本有望降低至10億美元左右，但這仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
如何在距離地球20至25光年范圍內(nèi)鎖定一顆目標(biāo)黑洞，也是實(shí)施這一計(jì)劃的關(guān)鍵。黑洞既不發(fā)光也不反光，對(duì)望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)幾乎不可見，只能通過(guò)其對(duì)鄰近恒星和光線的影響來(lái)推斷其存在。因此，尋找未知黑洞的難度極大。班比教授表示，未來(lái)5到10年內(nèi)，科學(xué)家們或?qū)⒛軌虼_定在這一距離范圍內(nèi)是否存在黑洞。
關(guān)于為何需要發(fā)射探測(cè)器近距離探測(cè)黑洞，班比教授給出了詳細(xì)的解釋。他指出，黑洞是宇宙中引力場(chǎng)最強(qiáng)的天體，是檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論在最極端條件下是否成立的理想實(shí)驗(yàn)室。盡管廣義相對(duì)論在弱場(chǎng)極限下得到了廣泛的驗(yàn)證，但物理學(xué)界普遍認(rèn)為，真實(shí)的黑洞結(jié)構(gòu)與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)存在差異。因此，向距離最近的黑洞發(fā)送探測(cè)器，直接測(cè)量其周圍的引力場(chǎng)，是解開這一謎團(tuán)的關(guān)鍵。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，班比教授提出了制造納米飛行器的方案。這種微型航天器主要由一個(gè)重量?jī)H約1克的晶片和一面面積約10平方米、重量也僅有1克的光帆組成，總重量相當(dāng)于兩枚回形針。通過(guò)地面強(qiáng)大的激光束精準(zhǔn)射向飛行器的光帆，產(chǎn)生的輻射壓力將使飛行器的速度在約17分鐘內(nèi)達(dá)到光速的三分之一。隨后，飛行器將開始星際漫游，預(yù)計(jì)60至75年內(nèi)抵達(dá)20至25光年外的黑洞。而其收集的數(shù)據(jù)則需要再過(guò)約20至25年才能傳回地球，整個(gè)星際探索任務(wù)將持續(xù)約80至100年。
班比教授還透露了探測(cè)器抵達(dá)黑洞后的工作計(jì)劃。當(dāng)接近目標(biāo)黑洞時(shí)，納米飛行器將調(diào)整軌跡，從非束縛軌道轉(zhuǎn)移到束縛軌道，盡可能地靠近目的地。在繞黑洞飛行時(shí)，飛行器將分離成一艘母艦和多個(gè)小型探測(cè)器。只要母艦?zāi)軌蚺c小型探測(cè)器通過(guò)交換電磁信號(hào)進(jìn)行通信，科學(xué)家就能繪制出黑洞周圍的引力場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。這一結(jié)構(gòu)圖有望直接回答物理學(xué)中一些最根本的問(wèn)題，如黑洞是否真的存在一個(gè)連光都無(wú)法逃脫的“事件視界”，以及愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論在宇宙最極端的條件下是否依然成立等。
