要燃燒多少顆星星，才能去宇宙里衝浪？

最近的高溫讓人想融化：無論是高燒到200度的機器人，還是一個不想出門的上班族。頭頂上這個大鍋爐，要是能帶我去宇宙里衝浪有多好！在星際旅行開始之前，我們先來聊聊關於燃料的故事吧。

無論交通工具怎麼進化，對燃料的需求都是實實在在的，而不同級別的交通工具，用於推進的燃料用量也不同。不是每個人都能像《回到未來》中的博士那樣，只用一些香蕉皮、廢易拉罐和樹枝就能穿越時空。即使是時間領主那樣，科技甩人類無數條街的種族，他們的TARDIS也得時不時跑到時間裂縫上「充電」。而星際飛船因為燃料不足而發生一系列意外也是許多科幻作品中的經典橋段之一。

▲ 時間領主的TARDIS對能源的需求也是實實在在的，誰都沒有永動機。

當我們面臨著石油、天然氣等化石能源危機時，就在一天文單位之外，有個天然的核反應堆，每小時輻射出的能量足夠整個世界用上一年。是時候給人類的能源未來制定一份B計划了。

人工光合作用：收集液態的陽光

在人們還哼哧哼哧燒煤燒石油的1940年，科幻大師海因萊因就在短篇小說《要有光》里設想了一種叫「光板」（light panel）的光電能轉換設備。發明之初是用作更高效的燈泡，像平板顯示器那樣直接把電能轉化為冷光，但小說的主角們很快發現，「光板」還能逆轉這個過程，利用光來發電。

▲ 來源：Nanyang Technological University

今天的太陽能電池板已經能將太陽的輻射能轉化成電能，但這一時半會兒還不能完全替代傳統的化石燃料。如果能模擬植物的光合作用，把經過數百萬年產生煤和石油的過程，壓縮在以小時計量的單位內，不僅能緩解現在的能源危機，還能把燃燒產生出的二氧化碳循環利用，不用擔心碳排放超標了。

其實，早在1925年，德國科學家就研發出了利用鈷或鐵作催化劑製造碳氫燃料的方法，並且在二戰時期曾作為石油的替代品，但由於技術局限，這個過程反而產生了更多的一氧化碳，混在一起的燃燒質量並沒有好多少。2016年，一份發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的報告公布了一項加州大學伯克利分校的研究成果，我們離液態陽光或許並不遙遠了。這一「姍姍來遲」的發現，比挖到了一個大煤礦更加令人興奮。

▲ 光合作用中，太陽能到化學能的轉化過程（圖片來源：PNAS）

負責這項研究的楊培東教授和他的小組提出了三種可能的人工光合作用方法，其中之一是將細菌與無機半導體結合，利用納米粒子收集陽光，模擬自然界中的光合作用，在200小時近似於陽光的照射環境中，可以實現0.38%的太陽能轉換率，這與綠色植物的功率幾乎相當。最有可能實現的方案，則是給一種特殊細菌「餵食」氫氣，讓它們與二氧化碳結合之後「拉」出甲烷，這種太陽能到燃料的轉換率能達到10%。雖然還遠不及海因萊因等科幻作家在小說中的設想，但至少已經在捕獲陽光這件事上有了突破性的進步。

▲ 從事「人工光合作用」研究的楊旭東教授

自然界中沒有廢棄物，植物耗費數百萬年才能把陽光、水和二氧化碳轉化為能源，而在實驗室中，科學家已經能以數百萬倍的速度重現這個過程。也許不久以後，我們就不再需要修建巨大的石油鑽井平台，也不用挖巨大的礦坑，去開採地底下的能源，因為我們將擁有一瓶液態的陽光。如果當成禮物送出去，不僅能照亮心中的文藝之魂，還能帶我們駛進星辰大海，比一瓶子螢火蟲浪漫多了。

在近地軌道上，用微波輸送陽光

雖然太陽這個巨大的核反應堆每年都將超過12萬兆兆瓦的能量照射到地球表面，但這之間畢竟相隔了一天文單位的距離，我們能真正接收到的這12萬兆兆瓦，是其中很小的一部分，更多的能量都消散在了茫茫的宇宙空間里，或者因為颳風下雨等大氣層波動，而沒能最終落在地面上。解決辦法其實也挺簡單：把電池板送到地球軌道里，讓它們在太陽的照耀下閃閃發光。

1968年，時任國際太陽能學會主席、美國航天工程師Peter Glaser就提出了這樣一個幾乎不可能的瘋狂設想：用一個城市大小的衛星，從太空中收集太陽能，並以微波的方式傳回地球，用於驅動地球上的設備。Glaser的想法太過大膽，以至於直到70年代國際油價飛升後，NASA才開始仔細看幾年前的計劃書。1979年，NASA對需要的技術和成本做了個估算，認為3000多億美金的花銷實在是不值得，於是這個項目在開始前就被叫停。

▲ 提出這個瘋狂設想的 Peter Glaser 已於2014年去世，享年90歲。（圖片來源：http://www.space.com）

但Glaser的設想從來沒有被遺忘，科技的發展和化石燃料的危機讓科學家們開始了新的嘗試。

2007年，大阪大學激光技術研究所把陽光轉化成了180瓦的激光能，不久之後，北海道的科學家也開始在野外測試，用微波的方式輸送太陽能。這兩項研究都是「空間太陽能發電系統」（Space Solar Power Systems，SSPS）的一部分，由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）支持，預計在2030年將一個太陽能發電機送進地球同步軌道，把100萬千瓦的太陽能轉化成微波或激光傳回地球表面，輸送到商用電網上，或以電解氫的方式儲存起來，產生的能量大致相當於一個大型核電站的輸出量。

JAXA說，這一研究的優勢十分明顯：在太空中，太陽的輻照度是地面上的5-10倍，採用這種方式後，地表接收的能量強度將是中緯度地區晴朗的夏日正午照射功率的5倍。另外，SSPS系統是真正意義上的清潔能源，可以24小時不間斷收集，還不用擔心颳風下雨，看上去像是個近乎完美的方案。

▲ SPSS 概念圖（圖片來源：Mafic Studio）

負責人鈴木拓明說，這個計劃的目標是「生產穩定、廉價的能源和氫燃料，把價格控制在每度電6.5美分」，還可能與NASA 和歐洲航天局合作進一步開發空間資源。如果2030年這一太空發電站能建成，不僅會改變利用太陽能的方式，還可能為人類航天器飛進深空提供更穩定的燃料來源：不需要再專門回到地面來補充燃料，在近地軌道上就能「充電」。

星際加油站，收集恆星能去衝浪

當收割了足夠的太陽能，就能向宇宙進發了。不過等等，一艘飛船能攜帶的物資畢竟有限，人們花大價錢飛進太空，可不是要拖著一大箱燃料去轉一圈就回來，還要裝食物、科學儀器、船員旅客和一些夾帶的私貨。最理想的情況，當然就是像公路電影那樣，在路上臨時加油，在太空里，就是利用飛掠過恆星的時機補充恆星能。

到這一階段，人類就成了真正的「恆星收割者」，比單純把接收到的太陽能轉化成電能要高級多了。雖然目前連離得最近的太陽的能源都尚未完全開發，但人類至少可以在科幻小說和電影中在恆星的牽引下去衝浪。

例如《星際之門》中的「命運」號就曾飛向一顆恆星來緊急補充燃料，《神秘博士》中也出現了專門開採恆星能的非法開採飛船，在《星球大戰》電影中，更是出現了一個「弒星者基地」，把從所在恆星系獲取的恆星能量儲存起來，並轉化成高強度的能量束，在時空中撕出一個裂口來摧毀行星。而最徹底地利用恆星能源的人造設備，大概要數戴森球了。

▲ 《星球大戰》中的「弒星者基地」

這是一個1937年就出現在了英國作家奧拉夫?斯特普爾頓（Olaf Stapledon）的科幻小說《恆星製造者》（Star Maker）中的概念。1960年，美國數學物理學家弗里曼?戴森正式提出了較為完整的理論。戴森球是一個包裹在恆星外的人造核融合反應堆，由無數塊小太陽能電池板環繞組成，外殼只有幾英寸厚，用於開採恆星能，還可能呈現出環狀或殼狀等多種形態。

拉里?尼文的小說《環形世界》就描繪了一個類似的結構，環形世界本身其實就可以看作是戴森球的一個「切片」。這個圓環寬100萬英里，直徑大約等於地球軌道的直徑，通過人工製造重力來繞著一顆恆星旋轉，並把這顆恆星的大部分能量都截獲下來，維持環形世界文明的運轉。

▲ 「環形世界」想像圖

拉里?尼文在小說中詳細描述了這個世界的構建方式，甚至提供了具體細節。例如環形世界的拱門上有許多終界線，像移動的牆一樣把黑夜和白晝分割開來。還有用於防止小行星碰撞的系統，在一塊非常堅硬的板面下，是塑料一樣的海綿物質，流星體撞上之後會被汽化，而板面本身也可以擋住40%的中子。雖然有這些工程圖一般的解釋，但就人類文明來說，短期內想要修建這麼一個巨大的圓環還比較困難。根據前蘇聯天文學家尼古拉?卡爾達肖夫提出的劃分文明層次的標準，當一個文明能建造戴森球時，它至少已經達到了II型標準，也就是說，可以充分使用繞行恆星的所有能源。

▲ 藝術家對戴森球的視覺化呈現（圖片來源： Adam Burn）

地球文明目前還處在0型的晚期，想要成為真正的「恆星收割者」，看上去還有些遙遠。但說不定有一天，這些酷炫的設想就能變成現實，人類將有可能在太陽外面建一層薄薄的「肥皂泡」，讓星艦在這個巨大的核反應堆的推動下慢慢加速，最終去深空衝浪。

無論是在實驗室里模擬光合作用，重現自然界中碳、氫、氧的舞蹈，還是在軌道上近距離收割陽光，想像一個利用恆星去衝浪的未來，那些令人著迷又蘊涵著巨大能量的化學變化就發生在頭頂。加滿油，啟動引擎，這將是一個新的冒險時代。

▲ 加滿油，啟動引擎，這將是一個新的冒險時代（圖片來源：http://wallup.net）

* 本文發表於《科幻世界》雜誌的「不存在日報」專欄。我們每月將挑選關注未來、科技和科幻的文章，發表在這個專欄上，與更多讀者分享。歡迎給我們投稿！郵箱：daily@faa2001.com

責編：高小山

作者：Raeka，轉碼員，《不存在日報》記者，冷僻故事愛好者。期待有一天能在街角遇見藍盒子，去看看galaxies far far away。

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