宇宙中有四類值得我們關注的天體:黑洞、中子星、白矮星,以及那些在膨脹和死亡(有時會以超新星爆發的形式)後形成這些緻密天體的紅巨星。
在星際旅行中,我們可以像利用行星那樣,通過 「掠日飛行」來獲得更大的加速,但這種方式往往會讓飛船承受極高的溫度 —— 離恆星越近,獲得的加速效果越好,但飛船受到的高溫炙烤也越嚴重。
實際上,利用太陽帆進行掠日飛行時,我們可以通過在接近恆星時展開太陽帆來減少燃料消耗,這是一種引力彈弓與太陽帆結合的巧妙技巧。但這種技巧更適合在質量大但亮度低的天體周圍實施。這意味著紅巨星並不適合用於這種機動,但它們在另一種機動方式中會發揮重要作用,我們稍後會提到。
相比我們的太陽,甚至紅巨星,紅矮星是更好的選擇,因為它們單位質量的亮度要低得多,而且是宇宙中最常見的恆星型別。然而,白矮星(宇宙中最常見的死亡恆星型別)更適合用於引力彈弓加速。大多數白矮星的質量約為太陽的一半(不過,一些形成白矮星的原始恆星質量比太陽大,有些白矮星的質量甚至超過太陽,例如天狼星 B),但白矮星的直徑通常隻有太陽的 1% 左右,亮度約為太陽的千分之一(不過具體亮度差異很大)。這意味著我們可以在距離白矮星非常近的地方進行飛行,利用其巨大的質量獲得更大的加速,同時又不會讓飛船被過度加熱。
例如,如果飛船擁有一個設計精良的鏡麵表麵,能夠反射大部分輻射,那麼它可以在距離一顆太陽質量的白矮星僅 3.8 萬千米的範圍內飛行並獲得加速,而不會被燒燬。考慮到太陽的直徑是這個距離的 18 倍,而且飛船相當於在白矮星的 「核心區域」 附近飛行,因此,飛船朝著天狼星 B 或其他附近的白矮星(在距離地球 20 光年範圍內有幾顆這樣的白矮星,其中大多數比天狼星 B 更冷、更暗)加速飛行的設想是完全可行的。
通過這種方式,飛船可以藉助白矮星的引力獲得極高的速度,然後朝著銀河係中目標區域附近的中子星或黑洞飛去。
中子星比白矮星稀有得多,據估計,整個銀河係中大約隻有 10 億顆中子星,最近的中子星距離地球約 400 光年。而且,越古老的中子星亮度越低,因此也越安全,更適合用於引力彈弓加速。
黑洞則更為稀有,但整個銀河係中至少也有 100 萬個黑洞,它們的分佈密度大約為每 1000 光年範圍內就有一個。因此,我們可以利用這些黑洞來維持飛船的高速飛行。
如果這些緻密天體處於雙星係統中(儘管這種情況相對少見),甚至是雙白矮星係統,那麼引力彈弓的效果會更好。這種利用雙星係統進行的引力彈弓機動被稱為 「戴森彈弓」,大約 60 年前,弗裡曼・戴森就曾提出過利用雙白矮星或雙中子星係統進行這種機動的設想。此外,還有一種更先進的方式 ——「光暈驅動」,它結合了黑洞和雷射技術,能夠讓飛船達到更快的速度。
我們暫時不深入討論這些技術的細節,隻需知道這些方法都能讓飛船的速度超過 1% 光速,甚至達到更高的水平。不過,這些方法隻有在以下兩種情況下才真正有意義:要麼你的母星係統附近就有這樣的緻密天體;要麼你正在進行一次非常漫長的旅行,而這些緻密天體距離你的旅行路線比你的目的地更近,因此你可以先前往這些天體,藉助它們的引力獲得加速。
更重要的是,引力彈弓機動同樣可以用於減速。也就是說,你可以朝著一顆死亡恆星(或一對死亡恆星)飛行,藉助其引力獲得加速,然後在穿越銀河係的大部分路程後,再朝著另一顆死亡恆星飛行,藉助其引力進行減速,將速度降低到飛船可以通過常規方式在鄰近的宜居恆星係統完成最終減速的水平。
此外,你還可以通過穿越大型紅巨星的外層大氣來進一步減速。雖然紅巨星的溫度相對較低(作為恆星而言),但它們體積巨大,大氣稀薄。如果飛船擁有一個高度反光的外殼,那麼就可以像我們能夠在烤箱中短暫停留(儘管烤箱溫度遠高於沸水溫度,若直接接觸會立即被燙傷)一樣,讓飛船在紅巨星的外層大氣中飛行,利用大氣阻力進行減速。同時,還可以利用太陽帆,藉助紅巨星的光壓和太陽風進一步減速,然後在穿越紅巨星大氣的過程中,通過調整太陽帆的角度來增強減速效果。
綜上所述,我們有多種方法可以將飛船送往那些位於理想 「樞紐」 位置的恆星係統 —— 這些係統附近存在上述提到的恆星或死亡恆星,因此,飛船可以以遠超常規巡航速度的速度前往這些樞紐係統。
考慮到星際旅行的漫長時間,通過這些 「死亡恆星銀河高速公路」 節省下來的時間,可能會讓這些新的樞紐係統在成為新的殖民中心方麵獲得數萬年甚至數十萬年的 「先發優勢」—— 在其他殖民浪潮(無論是來自地球還是其他鄰近殖民地)抵達之前,這些樞紐係統就已經能夠向周邊數千甚至數百萬顆恆星派遣殖民飛船了。
可以將銀河係想像成一個池塘的表麵,雨滴落下時,會在落點周圍激起無數漣漪,向外擴散。而這些樞紐係統就像是雨滴的落點,它們所引發的 「殖民漣漪」 會在其他 「漣漪」 到達之前,就已經擴散到周邊大量的恆星係統。
因此,即便我們永遠無法研發出強大的核聚變引擎或超光速技術,我們仍然能夠以 「慢速爬行」 的方式將人類文明擴充套件到銀河係的邊緣,在遠短於一個 「銀河年」 的時間內,讓人類文明遍佈整個銀河係。
我個人認為,人類最終能夠實現遠高於 1% 光速的飛行速度,甚至可能達到光速的 20% 或 30%。但即便我們的速度隻能達到光速的千分之一,我們終有一天也能實現整個銀河係的殖民。