人类目前最快的飞行器飞到距离地球6光年的超级地球需要多久?
人类目前最快的飞行器飞到距离地球6光年的超级地球需要多久?
大家都知道光年是表示距离,理想情况下,在一定的距离,匀速飞行可以判断出,具体的飞行时间。但是,在距离6光年的地方,可以计算得出达到时间吗?
首先。我们要确认飞行最快的人造飞行器,根据目前人类航天史上,最快的是帕克探测器,最快飞行速度高达70公里每秒,它的任务是前往太阳系中心,观测太阳,太阳凭借自身的引力,一直持续不断的给帕克探测器加速飞行的引力。
假如帕克飞行60光年需要多久?大家都知道光年表示距离,但是没有多少人知道一年年有多远。首先,给大家普及一下光年的概念,帮助大家正确的认识光年的距离。
光年是指在一儒略年(定义值为365.25日)的时间中,在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方,一个光子所行走的距离。根据科学计算,一光年的距离约为94607亿公里。
在这么远距离,如果是帕克号探测器按照最高速度70km/s飞行,一光年需要飞行时间约等于4285.6年,如果距离60光年,帕克飞行器飞行时间约等于257136年。
25.7136万自然年,这仅仅是理想情况下的时间测算,看似是一个非常庞大的数字。实际上会远远的超出大家的预期。
60光年距离飞行因素太多了在人类的 历史 上,就曾拥有这样的一款飞行器,叫做旅行者一号,是人类唯一一个飞行距离最远的飞行器,目前飞行距离达到220亿公里,这里需要注意的是飞行距离是220千米,这和实际的地星距离完全是两个概念。
飞行器飞出太阳系,并不是直线飞行,在太阳系拥有非常强大的引力,飞行器若想飞出太阳系,需要借助周围的行星,实现弹弓飞行,这样才能实现高速抛出太阳系的可能。在每次抛出的过程中,飞行器都将改变飞行轨迹,高速飞行。
还有就是在太空中,飞行器飞行不仅仅有自己,实际上在太空中的各大天体的引力,都将影响到飞行器的飞行速度,飞行器在靠近天体的时候是不断的加速,但在飞离天体的时候,总会因为引力的原因减速。具体影响有多大,还得看天体的质量。
因此飞行器如果想抵达到60光年外低地方的飞行时间,将会远远的超出大家的预期。公式距离等于速度乘以时间,这个公式并不适宜这样超远距离飞行,飞行的外界因素太多,都将影响到飞行器的整体最终结果。
未来人类远距离飞行的梦想“深空 探索 ”是人类未来的发展方向,大家都知道被一光年的飞行都将打败全人类,但是为什么人类还是要不断的寻找深空的宜居环境?
实际上,人类现在已经面临一个非常严重的局面,那就是人类生存的地球已经越来越不适宜人类生活了。
全球生态破坏,气温变暖极端天气的出现等人类生存岌岌可危。十亿年后仙女座横冲银河系,40亿年后太阳膨胀吞噬地球,小行星撞击威胁地球等等,都暗示着人类要想存活,未来必须远离地球。
人类逃离地球,必须要的就是深空超远飞行,人类未来必将面对这一现实。现在科学家必须尽快的研发出相应的飞行技术。因为,留给科学家的时间,真的不多了。
从距离上判断,距离地球6光年远的恒星应该是巴纳德星。科学家认为在巴纳德星恒星系统中可能存在着一个超级地球,被命名为巴纳德b。巴纳德b到地球的距离6光年,在宇宙中算是离地球比较近的了。但是人类到达那里并不容易。
图示:想象中的超级地球
巴纳德星巴纳德星距离地球大约6光年远,是除了比邻星系统之外距离太阳系最近的一颗恒星。这颗恒星的名字是为了纪念美国天文学家巴纳德而命名的。巴纳德星距离是一颗非常小的红矮星,它的质量只有太阳的14%,大约只有木星质量的180倍,体积只有大约2个木星那么大。表面温度大约3000 左右。因此巴纳德星又小又暗淡。
科学家认为在巴纳德星的周围可能存在一颗质量为地球3.2倍的超级地球。这无疑引起了人们的广泛的兴趣。
图示:巴纳德星和那颗神秘的“超级地球”
去巴纳德星需要多久?目前人类最快的太空探测器是朱诺号木星探测器,它的时速已经达到了每小时264000公里。这个速度有多快呢?如果亿普通的民航飞机绕地球赤道一周大约需要42个小时。而朱诺号木星探测器绕地球一周仅需要15分钟!
那么6光年的路程有多远呢?首先咱们先了解一下1光年有多少公里?1光年,就是光在1年的时间内通过的距离。这个距离大约是94607亿公里。那么6光年就是大约567600亿公里。因此我们就知道了人类目前最快的朱诺号木星探测器,如果改道去巴纳德星的超级地球需要多少时间了?结果是24500年!这么久旅行还不得把人给郁闷死啊!
图示:目前速度最快的太空探测器朱诺号木星探测器
别急着买船票 目前人类最快的太空探测器到达那里需要两万多年的时间。这对现在的人类来讲到达巴纳德星的超级地球是遥不可及的事情。科学家将来研制出了更快速度的宇宙飞船,比如达到光速的四分之一,到达那里也是需要冒着极大的风险的。
图示:朱诺号到达巴纳德星超级地球也得2万年
科学家对遥远的恒星周围是否存在着行星,并且这颗行星是否宜居存在往往带有很大的不确定性。万一人类的宇宙飞船用了几十年的时间飞到了那里才发现,根本就没有什么超级地球,这是有多么的尴尬!
因此,对于人类来讲地球才是唯一的家园,时刻记着要好好保护地球。
随着科学技术的发展,人类对自然世界和宇宙空间的认知水平逐步提升,为了更有针对性、更加系统和直接地了解地外空间的环境状态及其演化规律,科学家从上世纪50年代起就开启了向太空发射探测器的序幕,其中以探测地外生命的存在基础和生命形态为主要内容的宇宙生命科学工程,成为众多太空探测器的重点任务之一。
在地面大型射电望远镜和环绕地球运行的太空望远镜观测的基础上,科学家们发现了越来越多有可能具备生命特征的行星,那么,如果这些发射升空的探测器,以最快的速度运行,能够多久可以抵达到“超级地球”呢?
如果从地球表面运行的飞行器来看,目前速度最快的为美国宇航局研制的X-43A飞机,其飞行速度为11200公里/小时,约合3.1公里/秒,相当于音速的9.2倍,环绕地球赤道一周需要3.6个小时,在地球上这个速度已经相当快了,但是如果这个速度应用到航天领域,则基本上连龟速都谈不上。
比以上速度高一点的就是航天飞机了,比如美国哥伦比亚号的飞行速度能达到7.6公里/秒,发现号达到7.8公里/秒,阿波罗10号可以达到10.7公里/秒,这表明航天飞机一旦脱离地球大气层环境,就可以拥有比地面飞行高出很多倍的飞行速度。
再比以上速度高的人造飞行器,就当属太空探测器了。比如前不久我国发射的火星探测器-天问一号,其飞行速度为11.2公里/秒;美国2006年发射的用于探测冥王星的新视野号,飞行速度能达到16公里/秒;用于探测太阳系气态行星(重点是木星、土星及其卫星)的旅行者1号,在完成使命之后依靠惯性曳继续向太阳系外围行进,目前行进速度可以达到17公里/秒,成为距离地球最远的探测器。
比上述探测器运行速度还高的,就是几颗太阳探测器了,比如1974年美国发射的太阳神1号探测器,在近日点的最高速度可以达到60公里/秒;1976年发射的太阳神2号探测器,近日点时的飞行速度达到70公里/秒;2018年美国发射的帕克探测器,在近日点时的瞬时最高速度达到了192.2公里/秒,成为人类 历史 上发射的所有太空探测器中,飞行速度最快的一颗。
科学家们根据地球生命形式的基本特征以及所需的必要环境,归纳出了碳基生命在宇宙空间中存在的基础条件,即:固态星体、合适的引力环境、适宜的温度区间、有液态水、存在密度适宜的大气层、有适宜的氧气环境、拥有磁场等等。
那么,假如在宇宙空间中,存在着一颗行星(或者卫星),其体积和质量与地球相近、处在一个主序期恒星系的宜居带内、拥有大气层条件,而且地表拥有和地球相似的板块构造,比如分布着山脉、峡谷、陨石坑、活火山等,在理论上就有一定的几率,在该星体上有碳基生命形成和发展所具备的光照、温度、气体和磁场环境,这样的星体科学家们将其命名为“超级地球”。
截至目前,科学家们在银河系中,发现了数量众多的可能存在生命形式的“超级地球”,距离比较近的这里列举几个:
2019年,在长蛇座发现了GJ357d行星,质量约是地球的6倍,距离地球31光年;
2014年,在天秤座发现了Gliese 581d行星,质量约是地球的3倍,距离地球20光年;
2018年,在蛇夫座发现了巴纳德b行星,质量约是地球的0.2倍,距离地球6光年;
2016年,在半人马座发现了比邻星b行星,质量约是地球的1.3倍,距离地球4.22光年,是迄今为止发现的距离地球最近的处于宜居带内的行星。
通过以上的介绍,那么如果人类目前制造出的最快飞行器,到达地外的“超级地球”需要多久,理论上就是一个简单的数学运算了。
1光年的距离是光在真空中行进1年的距离,其值约为9.46万亿公里。拿帕克太阳探测器来说,以其近日点的最快运行速度192公里/秒,那么到达6光年外的巴纳德b行星,至少需要9370年。如果用现在距离地球最近的旅行者1号17公里/秒来计算,那么所花费的时间更长,至少需要10.58万年。
当然,这些探测器在行进的过程中,并不可能永远处于最高的速度。在通过火箭将它们发射升空时,一般都是借助化学燃料的燃烧喷射出去的气体形成反推力,使其达到第一宇宙速度,然后再利用惯性行进,在此过程中,利用探测器所携带的放射同位素电源和太阳能电池提供的有限电能,维持探测器的姿态调整以及仪器设备正常工作,并不会对探测器的行进速度产生多大影响。
理论上以化学燃料进行推进的速度是有极限的,其“天花板”速度为25公里/秒。之所以有一些探测器可以超过这个速度,主要是利用了巨大天体的引力弹弓效应进行加速,或者在环绕巨型天体时,在椭圆轨道的近焦点处受到的引力加速效应。比如旅行者1号目前达到17公里每秒的速度,还是建立在利用了木星、土星的二次引力弹弓的加速才达到的。而帕克太阳探测器,只有在近日点处才能达到192公里每秒的速度。
所以,进行深空探测或者星际航行,在现有技术条件没有突破的前提下,1光年的距离无人探测器都得好几千年才能到达,载人探测更是遥不可及。必须依靠更具突破性、变革性的能源技术、推进技术甚至设想中的曲率引擎技术,才有可能实现深空的“自由穿梭”。