旅行者号的遭遇表明,人类没法“离开”太阳系,即使光速也不行?

栏目:职业教育  时间:2023-04-02
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  为什么人类要“离开”太阳系?

  记录人类飞行梦想的神话传说数不胜数。从风筝到热气球,从飞机到宇宙飞船,我们一步步飞向天空。随着人类科技的进步,我们已经将卫星、宇宙飞船和宇航员送出地球,甚至开始探索太阳系。

  太阳系秩序井然,各大行星及其卫星都精确地在各自的轨道上运行。在时间的不断流动中,偶尔会发生小行星撞击地球的事件。

  这样的撞击对于年轻的地球来说是毁灭性的,谁也无法预测被小行星撞击的地球末日何时到来。一旦这样的撞击发生在地球上,将会给人类和地球上的所有生物带来灾难。

  

  小行星撞击地球其实以前也发生过这样的灾难,恐龙就是在这样的灾难下灭绝的。从地球本身来看,自从地球产生生物以来,气候和生态环境都在不断变化。从这种变化的趋势来看,不利于生物的生存。有些生物可能无法适应,有些生物甚至可能从地球上消失。鉴于种种原因,人类必须在未来扩展到太阳系甚至超越太阳系,才能长久延续下去。所以需要提前做好计划,在灾难来临或者地球没落之前,找到一个可以生存的星球。

  在太阳系中,一些未登陆的行星上可能存在生命,我们的火星探测计划已经在进行中。但除了地球之外,太阳系内还没有发现适合人类长期居住的行星。我们只能将生存的选择放在太阳系之外,深入宇宙深处寻找生机。

  

  航海者号朱榕探索火星的伟大构想1977年任务找到千载难逢的宇宙探测机会。在这个时间节点,土星、木星、天王星而海王星在各自的运动中会形成罕见的排列结构,这样从地球发射的太空探测器就可以继续借绕各个行星的引力飞行,减少飞行时间和设备损耗,所以探索火星轨道以外的所有太阳系行星,甚至强行飞出太阳系。

  

  罕见的行星排列

  Flandro认为1977-1979年是发射的最佳时机,“这种外行星的有利排列每176年才会出现一次。”,因为它最大限度地减少了基于这个时间节点,双子座飞船诞生了,它们的名字分别是“航海者一号”和“航海者二号”,另一个即将采用的新名称是航海者号,但在1977年3月,在美国宇航局举办的命名竞赛中,“获胜者”的名字最终胜出。这对航天器在佛罗里达州卡纳维拉尔角来回发射了几周。

  

  航海者2

  航海者号怎么了?

  2013年和2018年,媒体争先恐后地报道航海者一号和航海者二号已经飞出太阳系的结论。那么,它们真的飞出太阳系了吗?

  美国宇航局的研究人员终于给出了答案,“航海者一号”和“航海者二号”已经飞行了40多年,并继续朝着太阳系外的方向飞行。实际上,它们分别距离地球约210亿公里和180亿公里。

  严格来说,“航海者一号”和“航海者二号”只是经过了离太阳系最远的行星海王星的轨道,并没有真正离开太阳系。

  

  他们已经飞了大约100个天文单位(即地球到太阳的平均距离是一个天文单位,1个天文单位约等于496亿公里)。太阳系需要飞行100,000个天文单位,以这个速度至少需要4万年。

  即使考虑到未来十年、二十年人类科技进步的速度要提高十倍——可能需要4000年,再提高十倍——需要400年,但400年相对于人的寿命来说是一个遥远的时间。

  所以通过航海者一号和航海者二号的相遇,得出了一个很悲观的结论:以现有的技术,我们根本无法“离开”太阳系。

  

  两个探测器相对于太阳日球层的位置

  那么,太阳系有多大呢?以至于“航海者一号”和“航海者二号”用了40多年,到现在还没有飞出去。换句话说,太阳系的边界到底在哪里?关于太阳系的边界,科学界大致有四种说法。

  首先是行星边界论行星边界论,根据太阳系八颗行星的排列,离太阳最远的行星被认为是太阳系的边界。在太阳系中,海王星是距太阳最远的行星,我们将其视为太阳系的分界线。

  第二种是以太阳活动时产生的太阳风顶部的外层为界。科学家在研究太阳活动规律时发现,太阳在活动时会产生并释放出大量具有高能辐射的粒子。这些粒子的形状和状态就像一阵风,所以太阳周围的粒子被称为“太阳风”。

  太阳风的能量很强,会对磁场产生干扰,严重时会影响卫星的运行。但科学家推测,太阳风顶点的外层可能比我们观测到的更远,因为它的形状并不是固定的,而是流动的。

  

  太阳风

  第三种是以存在于太阳系外层的一个圆为界,这个圆就是奥尔特云,奥尔特云的全貌还没有直接观察目前拍摄。科学家们假设存在这样一个由数十亿个冻结物体和宇宙尘埃组成的外壳,它形成于50亿年前并围绕着太阳。这个壳距离太阳大约50,000到100,000个天文单位。

  

  奥尔特云的位置

  第四种以太阳本身的引力影响范围为界。太阳存在了46亿年,所以它的引力也在宇宙中传播了46亿光年。这个范围内的天体受引力的影响相对较大,只是引力的强弱不同。但这种划分的范围太大了,甚至可能会遍布整个宇宙。这个词比较少见。

  因此,基于以上四种说法中距离最近的海王星,两艘航海者号实际上并没有离开太阳系,只能算是飞行最远的探测器。

  航行了40多年,两艘航海者号的部分仪器已经失效。为了避免消耗,一些仪器已经被科学家有意停用,剩下的仪器将依靠电池的电力继续运转。逐渐倒闭。

  

  探测器的部分仪器已经停止了

  到2025年,最后的科学仪器也将被关闭。届时,两艘航海者号都将保持安静,在接下来的几年内只会定期发出微弱的电信号来指示它们的位置,独自在宇宙中旅行,直到有人捡起它。

  

  为什么人类不能“离开”太阳系?

  “航海者一号”和“航海者二号”从地球起飞后,用了40多年的时间才到达位置。从这个位置算出来,“航海者一号”目前的速度每秒17公里,按照太阳系边界第三说法,如果想靠近奥尔特云,消灭其他障碍,你至少需要300年的平稳飞行。

  人类真正的绝望才刚刚开始。太阳系外奥尔特云的宽度已经扩大到100,000天文单位,并且还在不断扩大。

  

  奥尔特星云的宽度还在不断扩大

  如果“航海者号”想要穿越整个奥尔特云,忽略“航海者号”仪器本身寿命的限制因素,那么至少需要四万年的时间。如果要完全离开太阳系,大约需要40300年。从这个角度来看,“航海者”并没有飞出太阳系。而且,它的寿命是有终点的,而这个终点,远远少于穿越太阳系所需的时间。

  就算仪器永不损坏,到时候人类还会存在吗?

  而且,人类目前所达到的航天科技水平,还远没有达到飞出太阳系的装备标准。而当我们到了离开太阳系的那一天,很难想象宇宙中是否还会有包括太阳系在内的边界。如果它确实有尽头,那么它的背后是什么?

  

  太阳系之外还有其他边界宇宙中威胁我们的未知因素太多了,例如各种不明来源的射线和磁场都会影响太空探测器。

  要进入宇宙,就需要制造光速或超光速的太空飞行器,要有能力在宇宙中源源不断地提供能量,要在充满未知的宇宙中有安全防御,提供及时反馈和稳定控制系统的能力,防止对人体造成致命伤害的能力。面对这些威胁,目前我们还不能给出对策。

  

  宇宙飞船

  人类想象的光速是不够的光速就是真空中的光速。这个速度的精确值为c=299792458m/s,约30万公里/秒。

  如果以奥尔特星云为太阳系的边界,太阳系的半径约为1光年,飞出太阳系大约需要1年系统以光速。

  但在航海者一号和航海者二号距离地球224亿公里的位置,它们携带的探测器接收到的数据显示:宇宙中的射线和辐射数量如此之多以至于它们的速度已经与光速无法区分。此外,我们无法预测宇宙深处的辐射和粒子是否会变得更加复杂和强大。

  

  宇宙辐射图

  如果未来人类乘坐接近光速的宇宙飞船进入宇宙,相当于将宇宙飞船开进了一个充满射线和粒子攻击的容器。飞船会不断受到攻击。即使飞船本身没有受到影响,人体也无法承受如此强烈的高能辐射。

  所以未来的飞船不仅仅是简单的载人飞船,我们需要设计更好的飞船来阻挡这些射线对人体的辐射。和如果飞船接近光速,更容易受到宇宙射线和粒子的剧烈冲击,甚至导致飞船在宇宙中解体。

  

  宇宙飞船终将解体

  由以上分析,人类要想飞出太阳系,需要跨越时间和宇宙未知的危险。首先,飞船的速度必须接近光速甚至超过光速,但达到这样的速度在宇宙中是相当危险的,所以需要更高的科技水平和对宇宙更深刻的认识.

  我们受限于速度,更受限于充满未知数的宇宙本身。因此,即使达到光速,人类目前也无法“离开”太阳系。

  结语:人类目前无法“离开”太阳系

  从本质上讲,人类能否“离开”太阳系不仅仅是时间问题。人的寿命是有限的。即使等待被视为家族传承,一代又一代寿命的积累也未必等到穿越太阳系的时候。同时,还要兼顾空间探测器本身的寿命,以及科技发展的速度和水平。研制更先进的太空探测器

  也就是说,人类自身的发展和人类目前的科技水平已经无法满足飞出太阳系的要求和标准。

  人类目前了解和掌握的宇宙知识,远远不足以“离开”太阳系。比如宇宙的产生和演化的规律是什么?受什么物质或能力支配?大爆炸是真的吗?宇宙中有没有无形的物质?它们分布在哪里?宇宙会继续膨胀还是会收缩?可以看出,在未来人类存在的时间里,主要是继续进行太空探索活动,比如加大对航天事业的投入,强调系统的科学和理论研究,也就是实践和理论两种方式。虽然人类目前还无法“离开”太阳系,但我们一直在“离开”太阳系的路上。

  

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