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旅行者号表明:人类达到光速也很难离开太阳系,我们被困住了?

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李论科学 2021-01-20 14:29

人类现在离开地球已经不是什么难事了,一枚火箭就可以把人送上地球轨道,现在在国际空间站上还有三名宇航员正在按例值班。

但是人类自身的脚步在太空中并没有走多远,最多达到了月球,有38万公里。因为月球是地球的一颗卫星,离地球最近。但是在地球之外还有更多的行星以及太阳系空间。

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不过值得一提的是,虽然人类自身没有走多远,但是我们科技已经延伸到了外太阳系,甚至是星际空间之中。

上世纪的70年代初,NASA发射了两颗深空探测器,分别是先锋10号和先锋11号,这两颗探测器分别拜访了木星和土星及其周围的空间和卫星。

在完成对这两个巨行星的探测之后,先锋号探测器并没有回头,而是继续往更远的地方飞去,1983年NASA确认先锋10号率先穿过了海王星的轨道;

由于这颗冥王星的位置在海王星轨道之内,所以我们认为先锋10号是人类第一颗飞出行星系的人造物体。

不过在1997年的时候这两颗探测器相继与人类失去了联系,现在已经成为了两颗毫无用处,只能代表人类存在过的铁疙瘩。

所以我们现在也不知道它们飞到了哪里,但是可以确定的是,它们肯定没有飞出太阳系。

为什么如此确定呢?我们看下太阳系的大小。

我们一般认为太阳系分为内行星系和外行星系,分别有四颗岩石行星和四颗气态行星,如果按照这样定义太阳系的话,那它们确实飞出了行星系。

但是我们的太阳系并没有这么简单,在海王星之外,还有一个柯伊伯带,这里充满了非常多的矮行星以及冰冻的小天体。

距离地球大约30个天文单位,也就是地球到太阳距离的30倍,宽度大约能够延伸到55个天文单位,也就是这个小行星带宽大约15个天文单位,是地日距离的15倍。

如果太阳系只有这么大的话,那飞出太阳系还比较容易些,但是在柯伊伯带之外,还有一个奥尔特云,呈椭圆形包裹着太阳系。

它的边缘开始于1000个天文单位,结束于10000个天文单位,如果按照奥尔特云的范围来定义太阳系的话,那么太阳系的半径足有15000亿公里。

这样的太阳系仅凭人类现在一秒几十公里的速度想飞出去至少需要数万年的时间。

那人类未来有可能飞出太阳系吗?

其实人类现在已知最远的航天器并非是先锋号,而是1977年发射的旅行者1号和2号探测器,它们两个跟先锋号探测器一样目的都是拜访外太阳系;

但是旅行者号探测器的任务更加繁重,探测器性能也更加的出色,人类凭借这两颗探测器,不仅对木星和土星及其卫星进行了更为详细的探测;

发现了很多之前先锋号没有发现的新现象,例如土星的卫星土卫六上有厚重的大气层,发现了木卫二上有间歇泉,并对它们的磁场、大气、行星环进行了详细的研究和拍照。

旅行者二号还顺路拜访了天王星和海王星,这是我们第一次对这两颗行星进行探测。更为重要的是,旅行者探测器现在依然和人类保持着联系。

这两颗探测器在完成太阳系行星探测任务以后,它们从不同的方向往太阳系外飞行,



现在的旅行者号不仅穿过了柯伊伯带,还来到了星际空间。2013年,NASA宣布距离地球180亿公里的旅行者1号首次飞出太阳圈,来到了星际空间。

2018年旅行者2号成为第二个飞出太阳圈的人造物体。

需要注意的是这里说的是太阳圈层,而不是太阳系。我们知道,在柯伊伯带和奥尔特云之间还有一个太阳圈层,这个圈层并非是任何行星或者小行星组成的;

而是太阳风层顶,在这个位置上太阳风会在这里出现停滞,穿过太阳风与星际物质相互挤压作用的层面就来到了星际空间。但这两颗探测器还依然处在奥尔特云之内,属于太阳系的范围。

现在旅行者1号飞行速度为17公里每秒,速度相当惊人,但是以这样的速度往外飞,至少三万年才能出太阳系,7万年才能到比邻星。

这个时间相对于人类的寿命来说简直太长了,我们等不起,所以我们常说人类飞不出太阳系,我们只能好好保护地球,因为在太阳系内只有这一颗行星宜居。

但是也有人说,是人类推进器还不够发达,如果我们以后掌握了核聚变,开发出了核动力飞船,达到光速的2%,飞出太阳系指日可待。

没错等人类发展出核动力飞船以后,速度确实能够达到惊人的2000万公里/小时,甚至更高。去往比邻星不到200年,还是可以勉强接受的。

甚至我们未来掌握更加先进的推进器,可以让我们的飞船速度接近光速,这样我们在有生之年就可以旅行数十万光年的范围,听起来也不错。

但是旅行者号在星际空间发现告诉我们,那里并不欢迎任何生命!

上图是旅行者号两颗探测器近来的数据,最远的距离地球已经150个天文单位了,算下来就是224亿公里,在这个位置上,旅行者号上携带的宇宙射线仪和太阳风粒子探测器接受到的数据表明:

星际空间中宇宙射线的数量和辐射非常高,而太阳风粒子已经快下降到了零。宇宙射线其实就是高能质子,它们诞生于黑洞、超新星这些大型天体事件的喷流和爆发中,速度已经和光速无法区分了。

比大型强子对撞机中加速的质子速度还要高很多,携带的能量非常大,穿透能力非常强,毕竟宇宙射线诞生的地方,磁场强度是强子对撞机中的数亿倍。

如果人类未来乘坐接近光速的飞船来到星际空间,就相当于把飞船开进了粒子加速器,飞船会不断地遭受到质子轰击。

就算飞船没事,但人体是无法承受这样的高能辐射的。所以未来的飞船绝非现在简单的载人仓,我们需要想出一定的办法来阻挡这些带电离子。



例如在飞船外加装一层磁场偏转带电粒子,或者把飞船包裹在纯水中,用来吸收更能质子,就像是核反应堆浸泡在纯水中一样,水在这里起到了慢化剂的作用。

而且飞船接近光速的话,还会造成宇宙中光线的蓝移,本应该处在可见光波段的光,在我们看来就会蓝移到X射线波段,当然X射线也是一种强的电离辐射,对飞船和人都有致命的伤害。

接近光速的飞船还会遭受到星际空间中尘埃粒子的猛烈撞击,导致飞船被解体。所以说未来的飞船必须可以屏蔽带电粒子还要能够承受得住撞击。

从以上的分析看来,人类想要飞出太阳系,实现星际旅行,就必须接近光速,但接近光速在宇宙中飞相当危险。

如果没有接近光速的飞船,人类是无法飞出太阳系,就算飞出也最多只能到比邻星看看。

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