在实用时间范围内到达另一颗恒星，需要比化学火箭强大得多的推进方式。其中一种领先的想法是太阳帆——一种可以被光推动的大型反射结构。如果使用极其强大的激光照射这样的帆，它们可以将其加速到远超当前推进系统所能达到的速度。

但是，当光帆开始以光速的相当大比例行进时，可能会出现一个意想不到的问题。根据哈尔滨工业大学的沈超和李嘉泽在arXiv上发表的一篇新论文，用于推进帆的同一束光最终可能会产生阻力效应。

研究人员将光子撞击太阳帆产生的力分为三类。最强的贡献来自入射光（光子撞击帆的原始动量）。其次是镜面反射（光子完美地从帆上反弹时产生的动量）。最弱的贡献来自漫散射（光子被帆吸收后随机方向重新发射产生的动量）。

在相对较低的速度下，这些效应都有助于推动帆前进。一旦航天器达到相对论速度，情况就变得复杂得多。当帆远离激光源时，到达帆的光经历越来越强的多普勒频移。入射光的频率降低，减少了所有三个分量产生的推力。结果，持续加速变得越来越低效。帆的速度越快，激光就越难继续增加其速度。

当光帆达到光速的约75%时，情况变得更加戏剧性。在那个速度下，相对论光行差变得重要。从地球上的静止观察者的角度看，漫散射光开始向前方（即帆行进的方向）发射。因为每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力，所以这种向前方向的辐射产生一个相反方向的力。这意味着漫散射（诚然是三个力中最弱的）一旦帆超过光速的约75%，就开始起到阻力的作用。激光仍然总体上在推动帆前进，所以总力不会变为负值。然而，推进系统的效率大幅下降。

真正的太阳帆将面临更多挑战。该研究特别关注辐射动力学；它不包括非辐射效应，如星际气体或尘埃的碰撞和阻力。它还忽略了真实帆材料的热限制。暴露在极其强大的激光下的帆可能会过热甚至熔化。为了简化，研究人员将光帆建模为理想化的镜子。真正的航天器可能会使用更复杂的材料。

工程师们已经在研究为特定激光波长设计的先进超材料和光子晶体。原则上，这些材料甚至可能利用研究中描述的光行差效应。它们可以帮助光帆自动校正其方向并稳定其轨迹，使其保持在激光束的中心。

一个完全可操作的星际太阳帆仍然远未成为现实。穿越星际距离会引入许多额外的复杂性，包括时空曲率，论文也对此进行了简化。即便如此，理解这些高速效应是确定这类航天器最终如何工作的一个重要部分。如果人类有一天向另一颗恒星发送探测器，工程师将需要详细了解可能影响其旅程的每一个力。