旅行者号飞了185亿公里,发现宇宙物质越来越多,怎么回事?
说起 科技 的进步和发展,就必然会说到宇宙的 探索 ,对于宇宙的 探索 ,其实很多人都不会有太多的了解。大多数人仅限于知道人类现在已经能够登陆月球,还能 往火星上派送无人探测车给火星拍照 。
但相信很多人都不知道, 人类制造的无人飞船已经飞离太阳系了 (以海王星运行轨道为界),当然的一般人对太阳系的大小没有一个准确的认识,按照我们平时看到的太阳系模型, 太阳系的边缘行星海王星与地球的距离似乎并不怎么远 。
实际上,由于真实的太阳系比例太过夸张,打个比方, 假设太阳是一个放在足球场中间的足球,而地球则是太阳旁边的一个小小的玻璃球 ,从这个玻璃球上,发射出一粒尘埃,经历漫长的距离和时间后,这个尘埃竟然被扔出到足球场之外了。
这本身是一件值得全世界人类庆贺的事情,因为这说明人类的宇宙 探索 能力再进一步了,但遗憾的是, 在飞船在离开太阳系后,却发现宇宙外的太空物质数量越来越多 。
但是科学家们会因为这个新发现感到失落,原因很简单,宇宙物质数量增加这个情况意味着 人类 探索 星际空间的难度将会增加许多倍 。
计划飞出太阳系的飞船有好几艘,其中最为著名的就是 旅行者一号和二号 这两个孪生兄弟飞船,它们完美完成了 系内行星近距离 探索 任务 和 突破被太阳风包围的日球层 。
这两艘飞船都是上个世纪七十年代发射到宇宙中的,它们任务很简单,就是 前往那些质量远超地球的行星进行近距离观察 ,同时借助行星的超强重力获得 加速度 ,借助增加的速度 往太阳系的更外围飞去 。
因为仅仅凭借火箭的推送能力,人类 无法在地面就将飞船加速到足够摆脱太阳重力的程度 ,离开地球后,飞船也无法携带能源获得持续加速,我们可以将这两艘旅行者号飞船当成是被弹弓打出去的石子,离开地球后,就 很难让它的速度增加 。
所以科学家们利用了质量庞大的木星土星等行星,将飞船瞄准了这些行星,直接 将飞船发射到行星的引力范围中 。
最初的一站是木星,在接近木星后,飞船为木星拍照,使用携带的十数种高 科技 仪器, 将木星的相关信息都收集起来 ,最早获得这些行星近距离照片的就是旅行者号,至今我们看到的木星照片还是它们拍的那些。
收集信息只是顺便的,在信息收集完毕后,飞船会收起仪器,使用自身携带的 核能电池 ,调整飞船的方向,让飞船靠近引力巨大的行星, 行星的引力让飞船加速坠落,获得这增加的速度后,飞船再次调整方向,往更远离太阳系的方向飞去 。
每一次靠近行星,都能让飞船的速度增加速度,所以正常情况下只要利用土星和木星的重力进行加速,就已经能 达到第三宇宙速度16.7公里每秒 。
只有达到这个速度才能离开太阳重力的束缚,不然飞船将会像小行星一样,围绕太阳一圈一圈的飞行,最终 坠入太阳 。
离开太阳的路程并不短,120天文单位,1天文单位等于太阳与地球之间的距离1.5亿公里,也就 180亿公里 ,用光速走这段距离需要16.66小时,而飞船与地球之间的通讯就是使用光速的电磁波进行,所以 飞船发射的信号需要十六个小时才能送达地球 。
当然两艘旅行者号飞船的速度都不可能达到光速,实际上它们的速度基本都是17公里每秒左右,与光速30万公里每秒相差一万多倍。换言之, 两艘旅行者号需要用16.6小时的两万多倍时间才能到达太阳系边缘。
当然这只是飞船的走直线距离才能有的速度,飞船需要 借助沿途行星加速,还要收集信息 ,因此两艘飞船实际上都用了 四十多年 才到达太阳系边缘。
脱离太阳系边缘后,科学家第一时间开启飞船的高 科技 探测仪器, 经过四十多年的航行,飞越185亿公里,原本飞船带的十几个仪器都已经损坏一大半了 ,都只剩下四五个仪器可以使用,其中有一个最为重要的仪器—— 宇宙射线探测系统 ,这个系统为科学家们展现了一个真实的星际空间。
在我们平时的观念中,只要离开地球大气层就算是进入了太空之中,但实际上 地球周围的宇宙空间并不是宇宙太空的正常状态 。
因为整个太阳系都被太阳风所包围着,太阳风并不是我们生活中感受到的那种空气流动产生的风,而是在 太阳中心核聚变反应堆中发射出来的等离子体 ,这些等离子体实际又是 由质子和电子组成的 ,太阳风 以太阳为中心向外扩散 ,在宇宙中形成一个 泡泡一样的太阳风环境 。
这个泡泡就是旅行者号要突破的 日球层 ,正是因为有这个泡泡的存在,大量的宇宙射线被阻挡在太阳系之外。
所以在日球层之外的宇宙,才是真正的宇宙空间,在真实的宇宙空间中, 存在着大量斑驳的宇宙射线和粒子 ,除此之外,在太阳系外的空间中, 拥有质量的小分子密度大幅上升 。
这两个变化,让致力于太空 探索 的科学家们感到十分的失落和难受,因为这意味着 宇宙中物质的密度并不小 ,起码比太阳系内部要大,在这样的密度中, 想要往更深处的宇宙 探索 ,难度将会骤增。
曾经有一个段子,讲的是如果一滴水从万米高空落下,在重力的加速下,被砸中的人会不会受伤呢?
如果有人要拿起笔计算水滴的加速度,那么这道题就做错了,因为大家都淋过雨, 万米高空落下的雨滴并没有任何威力 。
这是因为在水滴落下时,重力固然会为其一直提供加速度,但 空气阻力其实也会为其减速 ,速度越快的物体受到的空气阻力就越大, 当空气阻力与下落速度达到平衡时,物体的落下速度将不会继续增加。
质量越轻的物体获得的加速度就越小,往下的掉落的速度就越慢,所以雨滴不会砸伤人。
在宇宙中这个最基本的物理规则也同样能起作用。虽然在太空中没有空气,但是宇宙射线粒子和空间中的分子,我们 可以将其看作是超级稀薄的空气 。
在正常情况下这些粒子和物质 不会对我们有任何影响 ,就像我们生活在空气中也几乎不会感受到空气的阻力一样,但是 当速度提升起来之后,这些宇宙物质就会开始作怪 。
在空气中想要将飞机加速到超音速都会产生出一个强大的 空气音障 。音速仅仅是数百米每秒而已,在宇宙中航行的飞船速度远超这个数字,比如旅行者号都是音速的数十倍。
宇宙物质的虽然增加了,星际空间也还是十分接近于真空,所谓的物质增加也不过是 每立方米空间中增加了一两个原子 了而已。所以只有十几公里每秒的速度也不会受到任何影响。但问题是 ,万分之一光速的速度在宇宙中几乎无法到达任何地方。
想要去往附近的星系,飞船最起码要达到百分之一光速的程度,也就是 比旅行者号飞船的速度还要快一百多倍 ,当速度增加到这个程度后,星际空间中那稀疏的宇宙物质就会开始对飞船产生 不良影响 。
我们知道,速度是相对的,飞船撞到原子其实也相当于 原子撞向飞船 ,而即便是一粒微小的原子,被加速到近光速的程度后,也会产生 巨大的能量 。
就像空气阻力只能对雨滴减速,但却能让陨石快速燃烧并完全烧化,所以宇宙物质与光速飞船的作用并不是减速,而是 破坏 。
宇宙物质遇到低速的飞船是无害的,遇到高度行进的飞船时, 飞船会迅速被击穿,微小原子有可能会产生原子核裂变,释放出巨大的能量 。
这个能量要么将飞船炸烂,要么将撞击到飞船物质的原子使其分裂,导致 核裂变连锁反应 ,于是整个飞船就都成为了一颗核弹,在星际空间中形成一颗闪亮且短暂的小太阳。
简单来说,这些宇宙物质就是我们提升速度的最强禁锢,让我们 探索 宇宙的希望变得更加渺茫,毕竟以现在万分之一光速的速度前行, 去往最近的比邻星都需要两三万年 ,这根本就是不可能到达的距离。
解决问题的办法其实并不是没有,只是现在的技术基本都不可能做到。在天空中飞翔的飞机,为了解决空气阻力的问题,使用了 流线型造型 和 坚固的钢铁外壳 作为保障就能顺利翱翔于蓝天。
所以我们也可以沿着这个思路,制造一个能够抵御光速冲击的新物质,或者设计一个 能完全避开这些微小颗粒的防护层 ,那么 这些宇宙物质将不会再成为飞船加速的困扰 。
比如从原子层面组建出一个高强度的材料,大概就是纳米材料的超级进阶版,或者 设计一个磁场发射器,将所有高能粒子和宇宙物质阻挡在外 。
除了这个解决办法,我们还可以考虑曲线救国的思路,要加速到光速,目的还是为了 探索 宇宙,到达遥远的天体而已,如果有别的办法直接前往这些天体,就不需要想办法加速还有解决宇宙物质对速度的限制了。
比如曲率加速飞船,通过扭曲空间的方式前进,实际上速度是零,但却能 跨越遥远的空间 。或者 穿越虫洞 ,直接 在空间中跳跃 ,速度和距离再也不成问题。
现在的情况是,我们越 探索 宇宙越发现宇宙的浩瀚和广阔, 宇宙 探索 的难度直线上升 ,但是只要人类还存在于宇宙一秒钟,就一定会想办法突破这些问题。
人类发展到现在的 科技 水平,也 只是用了一万多年的时间 ,现代 科技 的出现和发展更是只有数百年的 历史 ,在未来的遥远时光中,一切问题都有可能解决的。