星际旅行面临无数技术挑战，新研究发现，如果派遣世代飞船前往比邻星b，最少需配备98名船员。低于这个人数，成功几率将大幅降低。如果只有32名船员，成功几率将降为零，因为一个如此小的群体将不可避免地发生近亲繁殖。
比邻星b
艺术概念图
所环绕的半人马座比邻星是距离太阳最近的恒星。这颗行星距地球大约
4.2
光年，是已知距太阳系最近的系外行星
人类一直梦想着登上其它行星。在载人航天成为现实前，这一梦想就已存在。最近几十年，科学家发现数千颗系外行星，包括附近恒星系统的行星（例如比邻星
b
）。这些发现让载人探索系外行星的梦想进一步照进现实。不过，星际旅行面临无数技术挑战，只有战胜这些挑战之后，我们才能实施载人星际探索任务。
还有很多疑问需要找到答案，应该派遣何种飞船造访比邻星
b
或者附近的其它系外行星？飞船上又应该配备多少人员？一支法国科学家小组对第二个问题进行了研究，计算出确保多代船员身体健康并且顺利抵达比邻星
b
所需的最小人员编制。
比邻星b
艺术概念图
此项研究由斯特拉斯堡天文台的天体物理学家弗雷德里克·马林和创业公司
Casc4de
的粒子物理学家卡米勒·伯鲁菲进行。研究论文《计算半人马座比邻星
b
多代太空之旅的最小人员编制》于最近在线刊载，不久后将刊登在《英国星际学会杂志》上。
该系列的第一篇论文《
HERITAGE
：用于多代船员星际旅行可行性评估的蒙特卡罗代码》刊登在《英国星际学会杂志》上。
DSTART
团队设计的世代飞船
研究中，马林和伯鲁菲对一系列星际旅行设想进行了评估，包括核脉冲推进（例如猎户座计划）和核聚变火箭（例如戴达罗斯计划）等更传统的方式，以及突破摄星这样更具现代感的概念。无论是无人还是载人探索（突破摄星），这些任务仍有很长的路要走。为此，马林和伯鲁菲还对近期内将要上演的任务进行了分析，例如美国宇航局的帕克太阳探测器。这颗探测器的轨道速度将达到创纪录的
724205
公里
/
每小时，相当于光速的
0.067%
。
马林在一封电邮中表示：“我们的评估完全立基于任务实施时所能使用的技术。如果现在制造一艘飞船，速度只能达到每秒
200
公里左右，需要
6300
年。当然，技术会随着时间推移不断发展进步，在星际旅行成为现实时，我们能够大幅缩短所需时间，例如
630
年抵达目的地。不过，这只是我们的推测，因为相关技术尚未浮出水面。”
猎户座核动力飞船概念图
在确定速度和耗时——每秒
200
公里和
6300
年——的基准后，马林和伯鲁菲又将目光投向确保船员身体健康并且顺利抵达比邻星
b
所需的最小编制。借助马林编写的一个新代码，他们进行了一系列蒙特卡罗模拟。蒙特卡罗是一种数学方法，分析决策时的偶然因素带来的可能结果。
马林说：“我们采用了由我研发的一个新数学软件，名为
HERITAGE
。详细信息参见系列论文的第一篇。它是一个随机蒙特卡罗代码，通过测试关于生育、生存和死亡的每一个随机想定，解读太空旅行模拟的所有可能结果。通过让模拟循环数千次，我们获得多代船员进行太空旅行的相关统计数值。这个代码尽可能考虑更多生物学因素。随着研究的深入，越老越多的物理学因素也将在考虑范围之内。”
戴达罗斯火箭
加满燃料后的重量达到惊人的
6
万吨。在它面前，土星
V
型火箭就像一个“小矮人”
星际旅行的生物学因素包括男女比例，年龄、寿命、生育率、出生率以及可用的生育时间。还要考虑一些极端情况，包括事故、灾难、灾难性事件以及可能波及的船员人数。依照这些因素以及不同数值，他们模拟了
100
次星际旅行，而后取模拟结果的平均值，确定所需的最小人员编制。
根据他们的结论，如果派遣世代飞船前往距离地球最近并且拥有潜在宜居行星的恒星系统，最少需要配备
98
名船员。低于这个人数，成功几率将大幅降低。如果只有
32
名船员，成功几率将降为零，因为一个如此小的群体将不可避免地发生近亲繁殖。待到飞船抵达比邻星
b
时，登上这颗星球的将是一群遗传上存在缺陷的殖民者。让这样的殖民者开拓比邻星
b
显然不是一个好主意。
帕克太阳探测器艺术概念图
马林指出：“星际旅行将历时几百年。我们的模拟能够对最小人员编制进行准确预测。旅途中，船员们要遵守一系列社会工程学原则，包括每年估计船员人数以及对后代和生育的各种限制。我们在论文中指出组建和保持一个几乎无限期的健康群体的可能性是存在的。”
虽然星际旅行所需的技术和资源要在几代人之后才能成为现实，但研究相关要素具有非常重要的意义。我们要做的就是尽早确定星际探索任务的成功几率以及哪些因素能够提高成功率，最终将这些发现应用于未来的任务。
超级地球
Gliese 581c
与地球对比图
马林和伯鲁菲的研究具有非常重要的意义。它们首次考虑了生殖等重要的生物学因素，以及这些因素如何影响船员。马林指出：“我们的研究旨在对世代飞船进行仿真模拟，为未来的太空探索做好准备。这是一项跨学科研究计划，利用了物理学家、天文学家、人类学家、火箭工程师、社会学家和其他很多专家的专业知识。
HERITAGE
是第一个用于计算存在亲属关系的星际飞船船员概率演化的蒙特卡罗代码，有助于我们确定提议的人员编制能否在几代之后仍拥有健康的身体。”
突破摄星计划旨在上演人类的第一次星际旅行
马林说：“在筹备任何多代探索任务时，确定最小人员编制都是必不可少的一步，有助于敲定探索任务所需的资源和预算，在社会学、伦理学和政治层面也有启示意义。在探讨创建任何自给自足的殖民地时，这些因素同样不可或缺——不仅仅针对人类在行星上建造定居点，同时还能带来更具现实意义的影响，例如管理濒危物种的基因健康或者在限制性环境下分配资源。”
《星际迷航》中的“进取”号飞船
The Conversation
最近刊登的一篇文章中，马林讲述了他与伯鲁菲的研究计划。他们的研究旨在确定安全实施星际探索任务所需满足的条件，以确保船员健康和旅途安全。他在文章中指出：“在目前发现的
3757
颗系外行星中，最近的类地行星也在
40
万亿公里之外。如果以
1%
光速——远超当前的飞船极限速度——的速度飞行，也需要
422
年才能抵达目的地。也就是说，一个人不可能在有生之年完成星际旅行。星际旅行是一次漫长任务，必须找到一个解决方案，确保船员能够在深空生存数百年。我们的研究计划旨在确定一次自持漫长太空任务在硬件和人员配置方面的最低要求。通过这种研究，我们对多代星际旅行所需满足的条件进行精确评估，揭示未来的载人太空探索、移民和定居任务。”
星际飞船艺术概念图
未来几十年，新一代望远镜将发现数千颗系外行星。更为重要的是，这些高分辨率观测设备能够揭示系外行星的诸多特征，加深科学家对它们的认知。例如，它们能够揭示大气层的光谱，帮助科学家确定系外行星是否具有适居性。
随着更多候选系外行星浮出水面，我们需要进一步做好准备，在准备中等待星际旅行任务的到来。届时，我们的科学家将武装上所有必要信息，确保船员安全抵达目的地并保持身体健康，以便迎接探索新世界时可能遭遇的各种挑战。
