外星人会访问地球吗？一位航空航天科学家解析星际航天飞行的挑战
外星人会访问地球吗？一位航空航天科学家解析星际航天飞行的挑战。图片来源：NASA、欧洲航天局、CSA、STScI、罗翰·奈杜（麻省理工学院）;图像处理：Joseph DePasquale（STScI），CC BY
（神秘的地球uux.cn）据《对话》（凯·詹姆斯）：2026年5月22日，五角大楼发布了第二批此前机密的照片和视频，显示了疑似无法解释的飞行物。这些文件泄露是2023年7月启动的过程的高潮，当时一群政府举报人在国会作证称美国政府秘密持有外星飞船和疑似外星人体部件。
那次国会听证会标志着一种文化转变的开始，UFO报告越来越被视为政府和科学界需要认真讨论的话题。
五角大楼于2026年5月公布了200多份此前机密的UFO文件。图片来源：国防部
但这种新获得的合法性真的值得吗？作为一名研究飞机和航天器设计的航空航天科学家，我用数学、物理和工程原理来探讨这个问题。要评估外星访客的合理性，必须理解外星飞船抵达地球所需的障碍。
距离的暴政
太阳系中没有智慧外星生命的证据。所以任何外星访客很可能都必须来自银河系内的其他恒星系统。
比邻星是距离太阳最近的恒星，距离太阳4.25光年（约25万亿英里或40万亿公里）。
作为对比，如果地球大小如一颗豌豆，距离比邻星的距离大致相当于纽约和澳大利亚悉尼之间的距离。
即使是离地球最近的恒星也非常遥远。
由于只有一小部分恒星被认为拥有智慧生命，最近的外星文明——如果存在的话——肯定比比邻星要远得多。
对速度的渴望
鉴于星际距离的规模，任何外星人前往地球的航行都必然会持续多年，甚至数百年。但随着运输时间的延长，灾难性事故或系统故障的风险也随之增加，这些都可能危及任务。因此，尽量加快速度，避免过长的旅程非常重要。
没有物体能达到或超过光速（大约186,000英里或300,000公里每秒）。但在接近那个门槛之前，工程限制就开始显现。燃料供应有限且结构损坏的可能性将限制航天器的最高速度。
星际飞行速度没有普遍接受的上限，但研究趋向于将19,000英里/秒（30,000公里/秒）——即光速的10%——作为现实巡航速度。以这种速度，10光年的旅程大约需要100年才能完成。
点燃梦想
找到将飞船加速至目标巡航速度的方法，是任何潜在外星探险者面临的核心挑战。
星际空间浩瀚无垠，但空旷也有一些优势。由于缺乏大气层，就没有空气阻力。因此，当飞船达到巡航速度时，可以关闭推进系统，滑行前往最终目的地。不幸的是，缺乏大气层也意味着在抵达前没有任何因素能减缓飞船。理想情况下，推进系统应同时用于旅程开始时的加速和结束时的减速。
其中一种较为奇特的推进策略是利用高功率激光束推动飞船穿越太空。该光束从靠近旅行者母星的静止阵列发射，并指向附着在飞船上的细长反射帆。光束的光子对帆施加辐射压力，推动船只前进。
这种方法有一个主要优势，就是无需任何机载燃料。但运行激光所需的能量和基础设施将是惊人的。此外，束射推进不提供减速机制。这种方法充其量可以作为混合战略的一部分部署，使用独立的减速系统。
更实用的方法是使用火箭推进。火箭通过向后喷射高速废气产生推进力，也称为推力。通过反转排气方向，火箭也可以用来减速。
它们的主要缺点是，火箭除了携带乘客、栖息舱和其他生命维持系统外，还必须携带自身燃料。额外的负载需要更多的燃料。换句话说，你需要燃料来运输燃料。结果是成本高昂的滚雪球效应，可能导致总燃料需求膨胀至荒谬的规模。
火箭推进可以分为三大类。
化学推进利用化学反应——通常是燃烧——来从原子间的键中提取能量。迄今为止，所有载人航天任务均采用化学推进。这种方法的问题在于，它只获取燃料中能量的极小一部分。
因此，在巡航速度为每秒19,000英里（30,000公里/秒）的航天器上使用化学推进，所需的燃料量将超过可观测宇宙中所有质量。
反物质推进理论上是最高效的选择。当反物质与普通物质接触时，两者会发生相互湮灭，其总质量的100%转化为能量。这使得燃料仅占舰船总质量的四分之一，即可实现相同的巡航速度——光速的十分之一。这达到了科幻级别的燃料效率，使反物质成为星际推进的理想选择。
缺点是反物质极其不稳定且难以制造。迄今为止，粒子物理学家产生的反物质不到每克的20亿分之一。此外，这些粒子的寿命仅有几分之一秒，价格高达数亿美元。
核聚变为反物质提供了更可行的替代方案。这种方法通过与太阳相同的过程收集原子核内储存的能量。以现有技术，聚变发动机仍处于理想阶段，但理论上它们每公斤产生的能量可比化学火箭高出1000万倍。
NASA一直在致力于核推进技术的发展。这幅艺术家的想象展示了核动力火箭可能的样子。图片来源：公有领域，约翰·弗拉萨尼托及其合伙人/维基百科
不过，一艘以聚变动力航行速度为每秒19,000英里（30,000公里/秒）的飞船，所需的燃料相当于飞船本身质量的150倍。
这是一种微妙的平衡艺术
这些数字假设我们的外星访客已经找到了高效将反应堆释放的能量——无论是核聚变还是反物质——转化为推力的方法。
同样重要的是，他们必须能够打造出极轻且高度安全的优化油箱结构。从燃料箱到船体的设计结构将是整个任务中最大的工程挑战之一。
星际空间中稀疏分布着氢原子和微观的宇宙尘埃颗粒。以每秒19,000英里（30,000公里/秒）的速度，尘埃颗粒以.22口径子弹的能量撞击舰体。氢原子的轰击会产生猛烈的辐射级联，甚至能侵蚀最坚韧的工程材料。
要在这场猛攻中生存，至少需要一艘配备复杂磁力护盾的飞行堡垒。这将增加船舶的总质量，进一步推高燃料需求。
这个例子只是困扰任何星际飞船的数百种微妙设计权衡之一。每一个设计需求都像过滤器一样，减少可行解的数量。
找到一个同时满足所有需求的单一系统，就像在网上买车一样。每加一个新滤镜——四驱、黑色外装、里程表里程少于10,000英里——可选选项就会越来越少。
当设计需求相互矛盾时——例如，需要一个既轻便又极其耐用的结构——可行的解决方案数量可能会降为零。
没有任何单一物理定律禁止星际旅行前往地球。但数百种极端且常常相互冲突的工程需求综合影响，可能使得其在物理上不可行。
也有可能外星文明发现了超越人类已知任何技术的新技术。但就像这里讨论的例子一样，任何此类技术都不可避免地会遇到自己的工程难题。
万亿美元问题
归根结底，工程挑战只是星际旅行众多障碍中的一部分。任何潜在的外星访客还必须具备足够的认知能力、技术成熟度、物质资源、集体欲望以及与地球的接近。
话虽如此，如果星辰排列，一艘外星飞船完好无损地抵达地球，那将引发一连串炽热的问题：他们来自哪里？他们想要什么？它们是什么材质的？
但最能揭示宇宙更深层奥秘的问题是，“它们到底是怎么来到这里的？”
