已经飞了200多亿公里的旅行者1号,为何不会撞上太空中的小行星?
如果对航空航天方面有所关注的朋友,难免会产生一种奇思妙想,那就是为何 近年来航天技术发展的速度如此缓慢 ,甚至就可以说是 几乎停滞 ,上个世纪就能做到的事情,现在仍旧在做同样的事。
实际上在航天技术的进步中,虽然有许多方向的技术都有改进,但是比较明显的也只有美国SpaceX公司制作出来的 可回收火箭 ,但这些 科技 都不能算是跨越性的进步,目前人类的技术 探索 已经 越来越接近理论的上限 。
航空技术仍旧十分依赖化学燃料,每次火箭升空都必须携带上超大重量的燃料,比如我国的长征 七号火箭 ,总重量高达 500吨 ,但其中有90%的重量的都是燃料本身的重量,将 一公斤重的物体送上太空,都需要消耗价值十万元左右的成本。
除了燃料的桎梏,森宴航天技术还受限于 材料的坚固性 ,人类能够造出十分坚固的复合材料,但任何材料都 难以抵挡漫长时光的影响 ,在浩瀚且恶劣的宇宙环境中旅行动辄就需要几百上千年,以现在的材料技术,飞船很可能 无法在宇宙中坚持太长时间 。
因此即便我们有耐心花费上千年时间在宇宙漫游,但在漫长的时光里,飞船总有可能会磨损,在孤立无援的太空中, 任何一点点磨损都可能是永久性的破坏 ,在这种情况下根本不可能将人送去远离地球的太空之中。
虽然人无法离开地球太远,但有多少人知道,其实人类的造物已经可以飞出太阳系了,旅行者一号已经 在2012年8月25日穿越太阳圈的包围 ,进入到星际介质之中。它是如何离开太阳系的,又是如何宇宙中航行的,让我们一起来了解一下吧。
旅行者一号其实1977年就已经从地球上发射了, 飞行了35年才突破太阳系的边界 ,其实太阳系的直径并没有我们想象中的大,而且它有 三个不同的标准的边界 。
一个是以最远的行星—— 海王星 作为边界,那就只有60个天文单位的距离,也就是大概 8.3光时 的距离,以 日球层 作为边界,则有100个天文单位的距离,也就是大约 13.8光时 的距离,如果以 奥尔特云 作为边界,则能有10万个天文单位的距离,也就是大约 1.58光年 的距离。
其中,大家都知道海王星是第八行星了,而 日球层其实就是太阳风能吹到的最远的距离,再远就无法得到太阳风的保护了 ,奥尔特云则是太阳重力能够影响到的最远天体,主要由水冰、氨和甲烷等固体挥发物组成。
而今天文章的主角——旅行者1号,穿越的其实是日球层的边界, 突破了日球层 ,它将 无法获得太阳风的保护 。直接迎接宇宙间充斥着的高速运动的 亚原子粒子冲击 ,因此它将会在短时间内完全被破坏。
在太空航行,就必须克服一个十分关键的问题—— 逃逸速度 。我们知道地球的逃逸速度是11.2公里每此闭银秒,为态亮了达到这个速度,每次飞船起飞都必须 消耗大量的燃料 ,才能飞到太空中。
而当人造卫星被送上太空之后,它的燃料基本会被消耗殆尽,这时人造卫星只能 通过张开的太阳板获得微弱的电力,维持自身的运转 。
逃离太阳系所需的逃逸速度必须达到 16.7公里每秒 ,旅行者一号借助大量的化学燃料,将其送出宇宙之后,就已经再也没有燃料帮助它加速到16.7公里每秒了,那它又是如何逃离太阳系的呢?
实际上在宇宙中,依靠燃烧产生推力的化学燃料,根本无法很好地在真空中产生推力,因此旅行者一号必须 想别的办法来加速 。
而且由于旅行者一号一开始设计的时候就是为了让它飞出太阳系,所以像太阳板这种借助太阳能的装置也没有为它配备,毕竟远离太阳的它将会渐渐无法从阳光中获取能量,旅行者一号实际上配备的是一块 可以运行几十年的核动力电池 。
但是核动力的能源主要是 给旅行者一号装载的探测设备供能 的,它并 没有足够的能量为旅行者一号提供加速度 。
聪明的读者此时应该想到了,其实旅行者一号是利用了沿途的行星重力,借助他们的引力进行加速,在科幻电影《流浪地球》中就有类似的场景,围绕着巨型行星旋转,获得加速到后调整方向超太阳系的边缘飞去,这就是 “引力弹弓” 效应。
旅行者一号沿途中本来应该会遇到木星、土星、天王星、海王星这四颗行星的,在行星的加速下,它将达到 20公里每秒 的速度,甚至更快。
但是由于在旅行途中,科学家们对土星的卫星产生浓烈的兴趣,于是调整了旅行者一号的方向,让其 探索 土卫六,偏离了目标方向的旅行者一号就只能 借助土星的引力 ,加速到19公里每秒左右,脱离出黄道面,从太阳系的侧面 穿越日球层,一口气飞行200多亿公里 。
读者朋友一定会注意到一个问题,为何在太空中行走的旅行者一号 从来都不担心小行星和陨石的撞击 呢?
在宇宙中,并不是只有地球木星和太阳这种巨大的星球,更多的还有无数形状不规则的小行星天体在宇宙中游荡着。这些小行星大的可以达到直径几十公里,小的可以只有手指头般大小。
这些小行星在太阳系中并不少见,甚至可以说数量繁多,从我们在地球上隔三岔五就能看个流星或者流星雨就能发现,陨石并不是什么稀罕物体, 天上到处都飘着石头 。
但是在太空中以每秒十九公里的速度前进,只要随便碰到一个石头般大小的陨石,就能将其撞个稀巴烂。旅行者一号在太阳系中飞行三十多年,甚至都已经离开太阳系了,为何没有撞上任何一块小行星?
其实问题的答案很简单,那就是 宇宙远比我们想象中的要大 ,撞上陨石的概率可能远远低于坏人被雷劈中的概率。
首先我们要知道太阳系中除了矮行星、八大行星和太阳外,还有别的庞大天体,这其中就包括著名的小行星带,在我们经常看到的太阳系模型中,小行星带位于火星与木星之间,包含了太阳系中98.5%的小行星,目前科学家们预估这里至少有 五十万颗小行星 。
旅行者一号要离开太阳系,首先就会遇到这个小行星带,为何这五十万颗小行星中,没有一颗撞上旅行者一号呢?是因为它有特殊的躲避技巧,还是因为它能发出激光销毁小行星?
其实核动力电池虽然待机时间长,但是它提供的电能并不高,根本不足以让旅行者一号迅速转向或发出任何攻击,它只需要啥都不管, 一头撞进小行星带 就可以了。
小行星带的面积十分广阔,与我们在太阳系模型中看到的不同,五十万颗小行星围绕着太阳旋转,根本不会有密密麻麻的小行星景象,实际上旅行者一号穿越小行星带的时候,很可能一颗小行星都没有碰到过。
宇宙的 距离尺度太大 了,以我们最熟悉的地球与月亮为例子,把地球当作是足球大小的话,那么月球就大概有乒乓球大小,在我们的印象中,月球与地球的距离其实就只有几个足球的直径大小,缩放后的地月系统可以轻松放在桌子上。
实际上的地月系统却是,足球大的地球在足球场中心,乒乓球大的月球在足球跑道上围绕着地球旋转, 缩放后两者的距离起码有上百米 ,远超我们平常对月亮的印象。
而太阳系中的小行星也同样如此,地球在宇宙中运转了这么久, 被小行星撞击的次数也就那么三四次 ,这还是在地球的引力吸引小行星增加撞击几率下才会有的频率。
旅行者一号重量可以忽视不算,几乎 不会吸引到任何小行星 ,而且它的体型那么小,也才一辆面包车大小,在浩瀚的宇宙中想要撞到任何一个物质都是无比艰难的事情。随便选一个时间观察旅行者一号的四周,都只能看到 无尽的黑暗 ,甚至 看不到任何一颗小行星 。
除了陨石在宇宙中分散得过于宽广外,旅行者一号没有被撞击的原因还有一个,那就是它在探测完土卫六之后,脱离了黄道面,黄道面简单来说就是 太阳系物质集中所在的平面 ,所有的行星和小行星都 顺着黄道面围绕太阳旋转 ,在黄道面外的物质往往都会 被太阳的引力吸住然后甩上黄道面 。
这就是为何旅行者一号飞行了16光时将近两百亿公里的距离,都没有撞上任何一个小行星的原因,总结一些,就是天体分布得太过宽广且 旅行者一号躲开了天体主要分布的区域 。
人们一直都对宇宙的浩瀚没有一个准确的概念,总以为只要能够将飞船送离开地球,就能随意前往太空中任何一个地点,但 宇宙的宽广实际上远超我们的想象 。
如果按比例缩小太阳系,太阳像一颗足球那么大的话,此时太阳与最远行星海王星的距离甚至可以塞进一个地球,这感觉就像是 让细菌去横渡大海 一般,巨大的距离能让任何人都从心底生出浓浓的绝望。
但是目前为止,人类还有进步的空间,利用化学能量和行星引力弹弓是永远无法让人类自由 探索 太空的。 仅仅离开太阳就用了将近四十年 ,距离太阳最近的比邻星也有 三光年以上 的距离,依靠旅行者一号这样的速度飞行到那里起码需要 数千年 。
人类现在的希望其实是研发出 可控核聚变 ,这样才能 使用少量的燃料产生巨大的能量 ,即便是在太空中也能很好地为持续飞船加速。
根据科学家们的计算,拥有核聚变技术之后,人类的飞船加速到20%光速是很有可能的,届时去往比邻星只需要十余年,这对人类而言也是可以接受的。
可控核聚变除了可以为飞船加速,还可以帮助研究生成新型材料,届时肯定也能生产出更加坚固耐磨的材料, 让飞船在太空中持久地运行 。
太空中的空旷让我们不需要太过担心在宇宙航行中会被小行星撞到,但是这空旷的空间却给人类带来了更加深邃的绝望。
曾经的人类交通不发达,一辈子都无法离开自己的一亩三分地,而现在拥有高铁的我们,可以在一日之内游历天南地北,人类的 科技 在进步,我们一直在 探索 与学习, 现在宇宙的距离虽然让人绝望,但科学家也不会轻易放弃 探索 宇宙 。
相信在未来,我们能做到在短时间内实现星际航行,然后将人类文明传播到全新的星球上去。