人类可能永远也飞不出太阳系?科学家给出4个原因,个个令人绝望
如今我们在许多影视作品里都能看见人类的宇宙飞行 探索 。在艺术的加工下,人类 科技 进入到了一个新时代, 宇宙旅行 成为了常见的事情,外形特异的飞船轻松穿梭在太阳系中。 电影和文学极大地满足了人们对于太空 探索 的好奇心 ,这种充满未知令人激动的旅途 在现实中又如何呢 ?
事实上,人类航天事业的发展也不过百年,期间更是经历了几十年的摸索才逐渐完成了基本的航天飞行。 而人类想要飞出太阳系以现在的状态来看,无疑是痴人说梦 。
科学家在天文学和物理学方面的研究给现实无情地泼了一盆冷水, 人类也许永远也飞不出太阳系 ,原因多样而且 令人感到绝望 。究竟是什么阻碍了人类 探索 宇宙?
说起航天,无论是天文爱好者还是普通民众都会有极大的兴趣去听闻相关报道,人们与生俱来的好奇心在这里尤为明显。法国小说家儒勒·凡尔纳在19世纪创作的 《从地球到月球》 这部小说里,拟想了一种大炮装置,能够通过发射带有载人舱室的炮弹, 将人射向月球 。
但随着科学技术的不断发展,各种科学理论的出现使得这种想象只能存在于文学作品中,因为 炮弹的发射速度根本不够人类上天 。科学家和工程师认为,如果想要飞向月球, 必须要有非常强劲的重力加速才能够冲出地球 。被誉为“航天之父”的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出了一种火箭飞行运动公式,此外他还构想了一种 使用液体燃料的三级火箭 。
对于技术落后的19世纪,虽然没有一个行之有效的具体行动,但他的天才想法给后来的火箭设计提供了基本思路。进入20世纪后, 科技 发展进入了新时代, 导弹系统的出现催生了火箭的出现 。二战结束后,美国和苏联在争夺世界霸主地位的同时,两国政府后来还 在太空领域开展了新的竞赛 。
太空竞赛的开始,使得 人类在航空航天领域快速发展 ,各种无人探测器和载人航天工程得到了快速发展。苏联后来由于太空计划的接连失败落于下风,而 美国集聚多方力量,耗费大量国力 ,最终在太空方面成为了 世界第一 。美国现在多个无人探测器已经走向了宇宙深处,载人航天也成功被证明了其可行性。
最开始这些无人探测器并不是直接就准备飞往宇宙深处,而是都带有各自的科学任务。像 旅行者号 ,最主要的任务目的是 探测木星、土星、及其他卫星的 探索 。另外还有 先驱者号 ,进入太空后 研究小行星带、太阳风、宇宙射线 等主要在各种相关的科学论据上去提供现实数据支持。
无人探测器本身就是一趟单程票,一是 回收成本过于高昂 ,另一方面由于 当时的回收技术并不先进,很难保证完好回收 。这些无人探测器在完成自己的使命后,它们的终极任务便是飞往宇宙深处。科学家们希望透过探测器上所携带的科学仪器和通讯设备来更好地 了解宇宙环境 。
以目前来看, 飞行距离最远的探测器是旅行者1号 ,从1977发射至今已经有44年,距离地球大概 200多亿公里 。这是人类发射进宇宙深空的第一个探测器,由于其工作时限已经逐渐接近尾声,进入 2025年 后,旅行者1号就会 与地球失去联络 。在未来的的飞行旅程中,旅行者1号大概 在300年后飞出柯伊伯带,到达奥尔特云 。
另外一个作为旅行者1号的同伴,旅行者2号大致上和1号差不多,目前也是朝往宇宙更远处飞去,没有特定天体目标。旅行者2号整体状态稳定,至今一直通过深空网络与地球保持联系,但同样也会 在2025年结束工作 。
如今最有新机遇的也许还是 新视野号 ,无论是技术水平还是运行时间,都会比它的其他“同事”要工作得更久。随着 引力的加速 ,未来会 越来越快 ,目前正在穿越柯伊伯带。
看到这里你也许就会发现,人类至今发射的众多无人探测器中, 没有任何一个探测器完完全全地飞出了太阳系 。而这些探测器的飞行速度可比火箭快多了,照这样下去,人类还有可能飞出太阳系吗?
旅行者号从速度上来看,确实比地球上的任何飞行器都要快,不过从NASA公布出的动态中我们可以看到, 两个旅行者号都还停留在太阳系内 ,并没有飞越奥尔特云。 太阳系的范围划分众说纷纭 ,并不仅仅以八大行星为界限,在冥王星外还有 柯伊伯带 和 奥尔特云 。这个区间范围内作为星际空间的还有太阳活动所形成的一个 日光层地带 。
日光层也叫 太阳风层 ,是太阳产生的 太阳风粒子以及磁场作用形成的一个保护层 。如果仅仅只是飞过太阳风地盘,才 刚开始进入星际空间 ,这个距离就好比刚出家门一样。作为太阳系的边界处, 柯伊伯带和奥尔特云是由数万亿个小型天体、尘埃、气体组成的一块区域,也是许多彗星的来源地 。
该区域的厚度大概是 1光年 左右,所以探测器在飞过太阳风层后,才刚刚进入星际旅行的开始。 柯伊伯带的存在就像一片巨大的平原 ,以探测器的速度进行旅行无疑于蜗牛一般。整个太阳系就像一个 巨大的泡泡 ,在触碰边际前,人类必须穿过这里。
无论是旅行者号还是新视野号,在进入柯伊伯带后大概都会花上 300万年 的时间才能够穿过这片星际地带。 到达外围之后,引力弹弓效应的加速还会减小 ,从而进一步 拉低探测器的速度 。它们想飞出太阳系远比人们的想象要困难得多,星际旅行从来不是一件容易的事。
除了个别失联的飞行器外,人类之前发射的探测器现今基本都已经开始进入星际空间,如此漫长的飞行旅途都在侧面说明 人类也许永远都飞不出太阳系 。 这并不是危言耸听,而是科学家在长期的飞行数据和理论实验下得出的结论 。对此,科学家给出了 四点原因 。
首先,从太阳系的角度来看,太阳虽然在宇宙中微不足道,但整个太阳系的 界限范围远超人们想象 。仅仅是 太阳的引力范围就有2光年 ,任何想要离开太阳附近的物体都必须脱离这个引力范围。
太阳的引力范围如果只是大,可能问题还比较单纯一点。引力的存在会使得任何飞船或者飞行器都会发生 降速 。牵引作用会在太阳系的边际地带变得越来越明显,现有的飞船很多时候要想在宇宙中获得加速还必须利用引力弹弓。但 在柯伊伯带,没有大型天体可以利用 。
这看起来似乎是一个速度问题,人类只需要把速度提升得足够快就行了,这就如同地球上的牛顿定律一样。确实,只要飞船能够一直保持足够的速度就不会受到引力的影响。不过人类至今所有的航天器都是使用的化学燃料,而 化学燃料能够维持的时间是有极限 的,这是第二点原因。
奥尔科夫斯基的火箭公式已经很明确地向人们展示了 化学燃料的极限 ,虽然多级火箭的方式能够让火箭比冲能够最大化应用在每一级上。但 每增加一级火箭,火箭系统状态就会越来越复杂 ,在技术开发上会显得 力不从心 。
此外,在到达柯伊伯带之前,飞船还会经受 日光层 的考验。 日光层的强磁场作用对飞船正常运作也是非常致命的 ,这种危险是人类无法离开太阳系的第三点原因。
第四点:即使在未来,人类找到了一种新技术能够使飞船以每秒数千公里的速度飞行,那点速度也是杯水车薪。如果飞船速度够快,能把穿梭柯伊伯带的缩短至1万年,但 人类自己却无法突破年龄的限制 。
人通常只有数十年的寿命, 如此漫长的旅行是人类无法等待的 。况且,从冷冻技术来说,也很难保证大脑在经过长时间冷冻后还能正常使用。有限的寿命决定了 我们无法进行超出年龄的旅行 。
科学家给出的以上四个主要因素个个都令人绝望 ,直接为我们揭示了离开太阳系有多困难, 人类想要飞出太阳系几乎是不可能的 。宇宙的尺度大到人类难以想象,任何一个旅行时间至少都是数万年,人类文明发展至今也不过几千年。
而这仅仅只是离开家门口,如果想要到达离太阳最近的几个地方,星系之间也仍然相隔在1光年左右。人类能做到的其实很少,况且人类要面对的问题还不止是在太空飞行的速度太慢, 地球上也仍有许多困难有待克服 。
总体来看,要想离开太阳系确实没啥办法。不过科学家们也不会因此就放弃对太空的 探索 ,解决方案就 从最容易的地方下手 。目前除了传统化学燃料火箭的设计研发,还有 核动力火箭和光帆动力 。核动力火箭自然不用多说, 如果能将核聚变利用起来,那么飞船速度将会提升数百倍 ,至少这又是人类的一大进步。
放眼整个银河系,这一切并不是毫无变化的, 所有天体和物质都在相对运动,恒星与恒星也会在各自的运动中发生变化 。来自NASA的观测发现指出,未来可能会有相当数量的恒星会靠近我们太阳系,恒星的变化移动能够为人类带来 新的机遇 。
有的时候我们可以从另外一种角度去看待问题,未来总是充满变化,也许当下的人们无法通过 科技 手段进行星际旅行。以人类今天的发展速度来看, 一切都还是能够有希望的 。
太空 探索 也不完全是天文界的事,整个项目还穿插了各种学术项目和研究。生物医学、天体物理,甚至是 社会 学科,这些都是太空飞行所需要的。随着人们的观测加深, 这些靠近太阳系的天体也许能够作为人类 探索 宇宙的一个跳板 。如果能够利用上这一切,人类又怎会困在太阳系里?