星际旅行究竟有多困难?科学家说出答案,让人难以接受
上个世纪60年代末,得益于高速发展的航天科技,人类在月球表面迈出了一小步,同时也迈出了宇宙探索的一大步。
根据科学家的预测,人类有望在2050年之前登陆火星,在那颗荒芜的红色星球上留下人类的足迹。
目前为止,包括旅行者一号、二号在内,共有5个深空探测器正默默飞向太阳系边缘,最远的已经距离地球225亿公里。
从这些成就中好像不难感受到,人类征服星海似乎只是时间问题,可现实真的如此吗?星际旅行真的如此简单吗?其实答案并没有那么乐观,甚至让人有些绝望。
阻碍人类星际旅行的首要因素就是距离。相信许多人不知道,除了光年这个天文单位以外,其实还有"A.U."这个天文单位,它取自太阳到地球之间的平均距离,即1A.U.代表1.5亿千米。
例如金星,它距离地球只有0.28 A.U.,太阳系边缘的海王星距离地球则是29.8 A.U.。根据计算,旅行者一号目前距离地球约150.4A.U.,而距离太阳最近的恒星,距离地球约26.8万个A.U.(4.243光年)。
目前,旅行者一号的速度仅是光速的1.8万分之一,它用了43年的时间才飞过了1光年的1/450。按照它这个速度,大约需要3万多年的时间才能穿越太阳系最外侧的奥尔特云,真正离开太阳的引力范围,而它想要到达比邻星至少还需要8万年的时间。
然而,距离也只是影响星际旅行的主要因素之一,难以想象的消耗也是主要影响因素。
我们都知道,计算物体的动能可以用动能方程,即Ek=mv/2,其中V指的是物体的速度,而M则是物体的质量。
如果想要在短短几十年内飞出太阳系到达比邻星,那么飞船的速度至少要比现在快几十倍到上百倍。根据动能方程,所需要的能量至少将是现在的数百万倍,以人类目前的发展情况来看,这根本就是天方夜谭。
就算通过种种方法解决了能源和能耗的问题,并不意味着星际旅行已经高枕无忧了,还有许多近乎不可能完成的挑战在不远处等待着。
例如宇宙中几乎无处不在的宇宙尘埃和宇宙气体,在低速状态下它们是无害的,可一旦和超高速飞船相遇,原本软绵绵的它们能够对船体造成致命的伤害。
此外,长时间的星际航行不仅对飞船材料要求严格,对飞船内的人来说也是一种折磨和考验。强大的生命维持系统、长时间的密闭空间、低重力下的人体病变、致命的宇宙辐射,其实都是需要科学家们去面对和思考的问题。
当然了,从表面上看星际旅行对人类来说是绝望的,但是这并没有让人类丧失斗志。基于目前掌握的航天推进技术,科学家们正在尝试用无人探测器探索深空。
除了大家熟知的"旅行者"计划以外,还有伊卡洛斯计划、代达罗斯计划、突破摄星计划等诸多尝试。
科学家们希望能够制造出一种体积和质量都极小的纳米飞船,然后将它们以接近光速的速度送入宇宙进行深空探测,为人类探索铺路和探路。
不仅是无人探测器,科学家们针对载人星际航行也提出了需要惊人的计划,例如太空冬眠计划、胚胎冷冻计划等等。
需要注意的是,这些计划几乎都是谈论如何让人类脆弱的身体抗过漫长的航行,由于受到身体的限制,或许机械和人体结合的半仿生人才是未来的主流。
光有计划对于星际航行的作用仅仅是锦上添花,实打实的 推进动力其实才是根本。从推力上来看,传统的化学推进虽然推力较大,但是比冲量却非常低,它的喷气速度大约为5千米/秒。
而离子发动机虽然推力相对较小,但它的喷气速度能够达到15千米-35千米/秒,是常规化学推进的好几倍。
普通的核裂变发动机推力大,甚至能够达到15%的光速,但它达到这个速度需要几百年的加速时间。
目前人类知道的动力最强劲的技术,莫过于反物质推进技术了,根据实验室计算,它的理论速度能够达到惊人的90%光速。
看到这里可能你会有一个疑惑:即便人类能够以接近光速的速度飞行,当飞到目的地的时候飞船中的人年龄也应该非常大了,甚至可能直接老死了,这有什么意义呢?
事实上,由于时间膨胀效应的存在,一旦飞船速度接近光速,那么飞船内部的时间流速就要比在地球上慢得多。
假如有人驾驶飞船前往距离地球32光年的星球,他只需要花费1.32年持续加速,然后关闭飞船推力持续飞行17.3年,接着用1.32年时间持续减速,到达目的地之后立即返回,这时候飞船上的人一共花费了40年的时间,而地球上其实早已过去76年。
总的来说,飞船的速度越接近光速,飞船内部的时间流速就越慢,但是对于内部的人来说没有区别,你的一分钟还是一分钟,并不会因为时间流速慢就变成十分钟。
因此,只要利用好时间膨胀效应,人类甚至能够在有生之年畅游整个银河系,如果飞船速度够快,可能到银河系中心的黑洞只需要几十年的时间,不过地球上可能已经过去了几万年的时间。
当然了,或许人类现在离自由在宇宙中航行还需要成百上千年的时间,但科学家的不懈研究,正在使这个美好的愿望一步步变成现实。
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