以一颗质量为 1 微克的微小沙粒为例,当它以 300 千米 / 秒(即 0.1% 光速)的速度飞行时,碰撞产生的能量为 45 焦耳,略低于一个普通网球飞行时所携带的能量。
这些沙粒撞击的区域面积只有 1 平方微米,因此该区域会受到一定程度的损坏。需要注意的是,1 微克质量的颗粒已经属于星际尘埃中质量较小的范畴。我们可以通过加固飞船前端的设计,来应对这种程度的损坏,尤其是考虑到这种碰撞并非持续发生。飞船前端的防护板可能会受到撞击而出现损伤,但在飞行过程中,我们可以对其进行拆除、修复和更换。
相反,如果一颗质量为 10 毫克的较大沙粒以 86% 光速(即 260000 千米 / 秒)的速度飞行,它所蕴含的潜在能量则高达 9000 亿焦耳,是上述微小沙粒碰撞能量的 200 亿倍,相当于约 215 吨 TNT 炸药的爆炸威力。不用说,这样的碰撞对飞船来说将是毁灭性的。而且,在星际飞行过程中,一艘尺寸相当的飞船前端很可能会遭遇这样的碰撞。尽管太空很空旷,但还没有空旷到完全不会发生这种情况的程度。
值得一提的是,以 86% 光速飞行时,由于相对论时间膨胀效应,从飞船乘员的视角来看,飞行时间会缩短一半。常规速度下需要 1000 年才能完成的 1 光年距离的飞行,以 86% 光速飞行的飞船只需大约 1 年就能完成,而由于时间膨胀效应,乘员感受到的时间仅为大约 7 个月。显然,这种高速飞行方式更为理想,但它至少需要消耗数百万倍的能量,而且在飞行过程中还会遭遇相当于大型炸弹(有些甚至相当于核武器)的物体撞击,无论是从经济成本还是工程技术角度来看,都是一个风险极高的过程。
此外,当遇到像网球大小的太空岩石这类较大物体时,飞船的探测和反应时间也会大幅缩短。即便要探测到以 3