在浩瀚的宇宙中，黑洞以其極致的引力場和極端的物理環境，成為了科學家們探索宇宙奧秘的理想對象。近日，復旦大學教授卡西莫·班比提出了一項大膽而創新的計劃，旨在通過一艘僅重2克的納米飛行器，近距離探測黑洞的奧秘。
這項設想并非空想，班比教授已將其研究成果以論文形式發表在頂級學術期刊《iScience》上。在接受采訪時，他分享了這一可能耗時百年的星際探索愿景。盡管未來的望遠鏡和引力波探測器有望實現更為精確的天體觀測，但班比強調，缺乏先進的理論模型，這些觀測數據將難以充分發揮其科學價值。而一個孤立存在的黑洞，則可能成為一個相對“干凈”的觀測對象，有助于對廣義相對論進行精確的檢驗。
然而，將這一宏偉計劃付諸實踐，面臨著諸多挑戰。首先，從技術層面來看，按照當前的技術水平和價格，僅建造用于加速飛行器的激光陣列一項，就需要耗資約1萬億美元。盡管班比教授預計，隨著技術的迭代，未來20到30年內這一成本有望降低至10億美元左右，但這仍然是一個巨大的挑戰。
如何在距離地球20至25光年范圍內鎖定一顆目標黑洞，也是實施這一計劃的關鍵。黑洞既不發光也不反光，對望遠鏡來說幾乎不可見，只能通過其對鄰近恒星和光線的影響來推斷其存在。因此，尋找未知黑洞的難度極大。班比教授表示，未來5到10年內，科學家們或將能夠確定在這一距離范圍內是否存在黑洞。
關于為何需要發射探測器近距離探測黑洞，班比教授給出了詳細的解釋。他指出，黑洞是宇宙中引力場最強的天體，是檢驗愛因斯坦廣義相對論在最極端條件下是否成立的理想實驗室。盡管廣義相對論在弱場極限下得到了廣泛的驗證，但物理學界普遍認為，真實的黑洞結構與廣義相對論的預測存在差異。因此，向距離最近的黑洞發送探測器，直接測量其周圍的引力場，是解開這一謎團的關鍵。
為了實現這一目標，班比教授提出了制造納米飛行器的方案。這種微型航天器主要由一個重量僅約1克的晶片和一面面積約10平方米、重量也僅有1克的光帆組成，總重量相當于兩枚回形針。通過地面強大的激光束精準射向飛行器的光帆，產生的輻射壓力將使飛行器的速度在約17分鐘內達到光速的三分之一。隨后，飛行器將開始星際漫游，預計60至75年內抵達20至25光年外的黑洞。而其收集的數據則需要再過約20至25年才能傳回地球，整個星際探索任務將持續約80至100年。
班比教授還透露了探測器抵達黑洞后的工作計劃。當接近目標黑洞時，納米飛行器將調整軌跡，從非束縛軌道轉移到束縛軌道，盡可能地靠近目的地。在繞黑洞飛行時，飛行器將分離成一艘母艦和多個小型探測器。只要母艦能夠與小型探測器通過交換電磁信號進行通信，科學家就能繪制出黑洞周圍的引力場結構圖。這一結構圖有望直接回答物理學中一些最根本的問題，如黑洞是否真的存在一個連光都無法逃脫的“事件視界”，以及愛因斯坦的廣義相對論在宇宙最極端的條件下是否依然成立等。
