從太空時代開始， 人類就依靠化學火箭進入太空。 雖然這種方法是有效的， 但是它也非常昂貴並且需要相當數量的資源。 當我們尋找更有效的方法進入太空時， 人們不得不懷疑其他星球上相似的先進物種(那裡的情況會有所不同)是否會依賴於類似的方法？哈佛大學教授亞伯拉罕·勒布和Sonneberg天文臺的獨立研究員Michael Hippke在最近兩篇發表的論文中都提到了這個問題。
在一系列的論文中， Loeb教授和Michael Hippke指出， 傳統的火箭將很難從特定類型的太陽系外行星中逃離。 圖片：NASA/Tim Pyle
儘管勒布教授著眼于外星人將從比鄰星b發射火箭所面臨的挑戰， 但他認為生活在超級地球上的外星人是否能夠進入太空。 “從Proxima b的星際逃離， 幾乎不可能有化學火箭”和“來自超級地球的太空飛行是困難的”最近發表， 並分別由Loeb和Hippke教授。 雖然Loeb解決了化學火箭逃離比鄰星b的挑戰， 但希克考慮是否同樣的火箭能夠達到逃逸速度。
用徑向速度法描繪了比鄰星b的圖像， 圖片：ESO/M. Kornmesser
Loeb考慮了我們人類是多麼幸運地生活在一個非常適合太空發射的星球上。 從本質上說， 如果一枚火箭從地球表面逃逸到太空， 它需要達到11.186千米/秒的逃逸速度(40270公里/小時、25020英里/小時)。
但在更暗的恒星周圍的宜居帶更近， 這使得化學火箭從更深的引力坑中逃離變得更具挑戰性。 正如Loeb在他的文章中所指出的， 逃逸速度是恒星品質與恒星距離的平方根， 這意味著從可居住區域的逃逸速度與恒星品質成反比， 達到了四分之一的能量。 對於像地球這樣的行星， 在像我們的太陽這樣的g型(黃色矮星)的宜居帶內運行， 這一過程非常有效。
這張資訊圖比較了行星的軌道與太陽系的同一區域比鄰星(Proxima b)。 圖片：Pale Red Dot
不幸的是， 這對於軌道低品質m型(紅矮星)的類地行星來說並不是很有效。 這些恒星是宇宙中最常見的類型， 僅占銀河系中75%的恒星。 此外最近的系外行星調查發現了大量圍繞紅矮星運行的岩石行星， 一些科學家冒險認為它們是最有可能找到可居住的岩石行星的地方。
離太陽最近的恒星比鄰星(Proxima Centauri)是一顆微弱的恒星， 其品質只有太陽的12%。 幾年前人們發現這顆恒星有一個地球大小的行星， 比鄰星b在它的宜居地帶， 比地球離太陽的距離近20倍。 在那個位置逃逸速度比地球繞太陽公轉的軌道要大50%。 在Proxima b上的一個文明將發現很難從他們的位置逃離到星際空間和化學火箭。
另一方面， 希克的論文首先考慮到地球可能不是我們宇宙中最適合居住的行星。 例如， 比地球品質更大的行星會有更高的表面引力， 這意味著它們能夠保持較厚的大氣層， 這將為有害的宇宙射線和太陽輻射提供更大的防護。
一個超級地球的概念圖，這個行星的品質是地球的很多倍，但還不及天王星或海王星大小的行星。圖片：NASA/Ames/JPL-Caltech
此外，一個具有更高重力的行星會有一個平坦的地形，導致群島而不是大陸和淺海——這是一個有關生物多樣性的理想情況。然而當涉及到火箭發射時，增加的表面引力也意味著更高的逃逸速度。正如希克在他的研究中指出的：火箭受到了Tsiolkovsky(1903)方程的影響:如果火箭攜帶自己的燃料，總火箭品質與最終速度之比是一個指數函數，使得高速(或重型載荷)變得越來越昂貴。
相比之下，希克使用了開普勒-20 b，一個位於950光年之外的超級地球，它的半徑是地球的1.6倍，是地球的9.7倍。而從地球逃逸速度大約為11公里/秒，一個試圖離開類似於開普勒-20 b的超級地球的火箭需要達到~27.1千米/秒的逃逸速度。因此在Kepler-20 b上的單級火箭將需要燃燒104倍於地球上火箭的燃料進入軌道。
為了讓它更有意義，希克認為從地球上發射的特定有效載荷。為了在開普勒-20 b號上使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡所需的6.2噸的有效載荷，燃料品質將增加到55000噸，大約是最大的海洋戰艦的品質。對於經典的阿波羅登月任務(45噸)，火箭需要大得多，達到40萬噸。
這項由突破性基金會發起的項目Starshot，旨在成為人類的第一次星際航行。圖片：breakthroughinitiatives
儘管希克的分析得出結論，化學火箭仍然可以讓超級地球上的10個地球品質逃逸速度，但所需的推進劑數量使這種方法不切實際。正如希克指出的那樣，這可能對外星文明的發展產生嚴重影響。很驚訝地發現，人類最終會在一個仍然相當羽量級的星球上結束太空飛行。
其他文明，如果存在的話，可能就沒那麼幸運了。在更大的行星上，太空飛行的成本將成倍增長。這樣的文明不會有衛星電視、月球任務或哈勃太空望遠鏡。這應該會以某些方式改變他們的發展方式，我們現在可以更詳細地分析。這兩篇論文都對尋找外星智慧(SETI)提出了一些明確的暗示。
首先這意味著在環繞紅矮星或超級地球軌道的行星上的文明不太可能是太空飛行，這將使探測它們變得更加困難。當涉及到人類所熟悉的推進力的種類時可能屬於少數。以上結果表明，化學推進劑的效用有限，所以尋找與光或核發動機相關的信號是有意義的，尤其是在矮星附近。但對我們自己的文明的未來也有一些有趣的影響。
一種雙峰火箭概念圖，使之旅到月球，火星，和其他的目的地在太陽系，圖片：NASA
這篇論文的一個結果就是太空殖民和SETI，來自超級地球的Civs不太可能去探索恒星。相反會(在某種程度上)在他們的星球上“被逮捕”，例如更多地使用鐳射或射電望遠鏡進行星際通訊，而不是發射探測器或太空船。然而Loeb和Hippke都指出，外星文明可以通過採用其他的推進方法來應對這些挑戰。最後化學推進可能是少數技術先進的物種所採用的，因為這對他們來說是不現實的。
一個先進的外星文明可以使用其他的推進方法，比如核動力或光腳，它們不受化學推進的限制，速度可以達到光速的十分之一。我們的文明正在發展這些替代的推進技術，但是這些努力還處於起步階段。一個這樣的例子是突破性的Starshot，它目前正在由突破性獎基金會(Loeb是諮詢委員會主席)開發。這一計畫的目的是利用鐳射驅動的光束加速納米飛行器的速度，達到光速的20%，這將使它在20年的時間內到達比鄰星。
這是一顆距地球僅16光年的紅矮星，圖片：ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey).
希克同樣認為核能火箭是可行的，因為增加的表面引力也意味著太空升降機是不切實際的。Loeb還指出，行星圍繞著低品質恒星所施加的限制可能會對人類試圖殖民已知宇宙產生影響：當太陽熱到足以把地球表面的水都燒開時，可以到那時再搬到新家。一些最理想的目的地是圍繞著低品質恒星的多顆行星系統，如附近的矮星TRAPPIST-1，它重達太陽品質的9%，並擁有7個地球大小的行星。
然而，一旦我們到達了特拉普斯-1的宜居帶，就不會急於逃離。這樣的恒星燃燒氫的速度如此之慢，以至於它們能讓我們保持10萬億年的溫暖，比太陽的壽命長1000倍。但與此同時可以放心地知道，我們生活在一顆圍繞著一顆黃色矮星的宜居行星上，它不僅給我們提供了生命，也給了我們進入太空探索的能力。一如既往地，在宇宙中尋找外星生命的跡象時，我們人類被迫採取“低垂的水果方法”。
基本上所知道的唯一支持生命的行星是地球，我們知道如何尋找的唯一的太空探索方法是我們自己嘗試和測試的。因此在尋找生物特徵(即具有液態水、氧氣和氮氣環境等)或技術特徵(如無線電傳輸、化學火箭等)的生物特徵時，會受到一定的限制。隨著對生命條件的理解，以及人類自己的技術進步，將會有更多的機會去尋找。而且希望，儘管它可能面臨更多的挑戰，外星生命將會尋找我們！
博科園-科學科普｜文：Matt Williams｜來自：Universe Today｜參考：arXiv, Scientific American
這將為有害的宇宙射線和太陽輻射提供更大的防護。
一個超級地球的概念圖，這個行星的品質是地球的很多倍，但還不及天王星或海王星大小的行星。圖片：NASA/Ames/JPL-Caltech
此外，一個具有更高重力的行星會有一個平坦的地形，導致群島而不是大陸和淺海——這是一個有關生物多樣性的理想情況。然而當涉及到火箭發射時，增加的表面引力也意味著更高的逃逸速度。正如希克在他的研究中指出的：火箭受到了Tsiolkovsky(1903)方程的影響:如果火箭攜帶自己的燃料，總火箭品質與最終速度之比是一個指數函數，使得高速(或重型載荷)變得越來越昂貴。
相比之下，希克使用了開普勒-20 b，一個位於950光年之外的超級地球，它的半徑是地球的1.6倍，是地球的9.7倍。而從地球逃逸速度大約為11公里/秒，一個試圖離開類似於開普勒-20 b的超級地球的火箭需要達到~27.1千米/秒的逃逸速度。因此在Kepler-20 b上的單級火箭將需要燃燒104倍於地球上火箭的燃料進入軌道。
為了讓它更有意義，希克認為從地球上發射的特定有效載荷。為了在開普勒-20 b號上使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡所需的6.2噸的有效載荷，燃料品質將增加到55000噸，大約是最大的海洋戰艦的品質。對於經典的阿波羅登月任務(45噸)，火箭需要大得多，達到40萬噸。
這項由突破性基金會發起的項目Starshot，旨在成為人類的第一次星際航行。圖片：breakthroughinitiatives
儘管希克的分析得出結論，化學火箭仍然可以讓超級地球上的10個地球品質逃逸速度，但所需的推進劑數量使這種方法不切實際。正如希克指出的那樣，這可能對外星文明的發展產生嚴重影響。很驚訝地發現，人類最終會在一個仍然相當羽量級的星球上結束太空飛行。
其他文明，如果存在的話，可能就沒那麼幸運了。在更大的行星上，太空飛行的成本將成倍增長。這樣的文明不會有衛星電視、月球任務或哈勃太空望遠鏡。這應該會以某些方式改變他們的發展方式，我們現在可以更詳細地分析。這兩篇論文都對尋找外星智慧(SETI)提出了一些明確的暗示。
首先這意味著在環繞紅矮星或超級地球軌道的行星上的文明不太可能是太空飛行，這將使探測它們變得更加困難。當涉及到人類所熟悉的推進力的種類時可能屬於少數。以上結果表明，化學推進劑的效用有限，所以尋找與光或核發動機相關的信號是有意義的，尤其是在矮星附近。但對我們自己的文明的未來也有一些有趣的影響。
一種雙峰火箭概念圖，使之旅到月球，火星，和其他的目的地在太陽系，圖片：NASA
這篇論文的一個結果就是太空殖民和SETI，來自超級地球的Civs不太可能去探索恒星。相反會(在某種程度上)在他們的星球上“被逮捕”，例如更多地使用鐳射或射電望遠鏡進行星際通訊，而不是發射探測器或太空船。然而Loeb和Hippke都指出，外星文明可以通過採用其他的推進方法來應對這些挑戰。最後化學推進可能是少數技術先進的物種所採用的，因為這對他們來說是不現實的。
一個先進的外星文明可以使用其他的推進方法，比如核動力或光腳，它們不受化學推進的限制，速度可以達到光速的十分之一。我們的文明正在發展這些替代的推進技術，但是這些努力還處於起步階段。一個這樣的例子是突破性的Starshot，它目前正在由突破性獎基金會(Loeb是諮詢委員會主席)開發。這一計畫的目的是利用鐳射驅動的光束加速納米飛行器的速度，達到光速的20%，這將使它在20年的時間內到達比鄰星。
這是一顆距地球僅16光年的紅矮星，圖片：ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey).
希克同樣認為核能火箭是可行的，因為增加的表面引力也意味著太空升降機是不切實際的。Loeb還指出，行星圍繞著低品質恒星所施加的限制可能會對人類試圖殖民已知宇宙產生影響：當太陽熱到足以把地球表面的水都燒開時，可以到那時再搬到新家。一些最理想的目的地是圍繞著低品質恒星的多顆行星系統，如附近的矮星TRAPPIST-1，它重達太陽品質的9%，並擁有7個地球大小的行星。
然而，一旦我們到達了特拉普斯-1的宜居帶，就不會急於逃離。這樣的恒星燃燒氫的速度如此之慢，以至於它們能讓我們保持10萬億年的溫暖，比太陽的壽命長1000倍。但與此同時可以放心地知道，我們生活在一顆圍繞著一顆黃色矮星的宜居行星上，它不僅給我們提供了生命，也給了我們進入太空探索的能力。一如既往地，在宇宙中尋找外星生命的跡象時，我們人類被迫採取“低垂的水果方法”。
基本上所知道的唯一支持生命的行星是地球，我們知道如何尋找的唯一的太空探索方法是我們自己嘗試和測試的。因此在尋找生物特徵(即具有液態水、氧氣和氮氣環境等)或技術特徵(如無線電傳輸、化學火箭等)的生物特徵時，會受到一定的限制。隨著對生命條件的理解，以及人類自己的技術進步，將會有更多的機會去尋找。而且希望，儘管它可能面臨更多的挑戰，外星生命將會尋找我們！
博科園-科學科普｜文：Matt Williams｜來自：Universe Today｜參考：arXiv, Scientific American