在浩瀚的宇宙中，黑洞以其极致的引力场和极端的物理环境，成为了科学家们探索宇宙奥秘的理想对象。近日，复旦大学教授卡西莫·班比提出了一项大胆而创新的计划，旨在通过一艘仅重2克的纳米飞行器，近距离探测黑洞的奥秘。
这项设想并非空想，班比教授已将其研究成果以论文形式发表在顶级学术期刊《iScience》上。在接受采访时，他分享了这一可能耗时百年的星际探索愿景。尽管未来的望远镜和引力波探测器有望实现更为精确的天体观测，但班比强调，缺乏先进的理论模型，这些观测数据将难以充分发挥其科学价值。而一个孤立存在的黑洞，则可能成为一个相对“干净”的观测对象，有助于对广义相对论进行精确的检验。
然而，将这一宏伟计划付诸实践，面临着诸多挑战。首先，从技术层面来看，按照当前的技术水平和价格，仅建造用于加速飞行器的激光阵列一项，就需要耗资约1万亿美元。尽管班比教授预计，随着技术的迭代，未来20到30年内这一成本有望降低至10亿美元左右，但这仍然是一个巨大的挑战。
如何在距离地球20至25光年范围内锁定一颗目标黑洞，也是实施这一计划的关键。黑洞既不发光也不反光，对望远镜来说几乎不可见，只能通过其对邻近恒星和光线的影响来推断其存在。因此，寻找未知黑洞的难度极大。班比教授表示，未来5到10年内，科学家们或将能够确定在这一距离范围内是否存在黑洞。
关于为何需要发射探测器近距离探测黑洞，班比教授给出了详细的解释。他指出，黑洞是宇宙中引力场最强的天体，是检验爱因斯坦广义相对论在最极端条件下是否成立的理想实验室。尽管广义相对论在弱场极限下得到了广泛的验证，但物理学界普遍认为，真实的黑洞结构与广义相对论的预测存在差异。因此，向距离最近的黑洞发送探测器，直接测量其周围的引力场，是解开这一谜团的关键。
为了实现这一目标，班比教授提出了制造纳米飞行器的方案。这种微型航天器主要由一个重量仅约1克的晶片和一面面积约10平方米、重量也仅有1克的光帆组成，总重量相当于两枚回形针。通过地面强大的激光束精准射向飞行器的光帆，产生的辐射压力将使飞行器的速度在约17分钟内达到光速的三分之一。随后，飞行器将开始星际漫游，预计60至75年内抵达20至25光年外的黑洞。而其收集的数据则需要再过约20至25年才能传回地球，整个星际探索任务将持续约80至100年。
班比教授还透露了探测器抵达黑洞后的工作计划。当接近目标黑洞时，纳米飞行器将调整轨迹，从非束缚轨道转移到束缚轨道，尽可能地靠近目的地。在绕黑洞飞行时，飞行器将分离成一艘母舰和多个小型探测器。只要母舰能够与小型探测器通过交换电磁信号进行通信，科学家就能绘制出黑洞周围的引力场结构图。这一结构图有望直接回答物理学中一些最根本的问题，如黑洞是否真的存在一个连光都无法逃脱的“事件视界”，以及爱因斯坦的广义相对论在宇宙最极端的条件下是否依然成立等。
