本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
常有人质疑和担忧,人类最终能够飞出太阳系吗?我认为这是无需质疑的,肯定能飞出,只是怎么飞出什么时候飞出的问题。
首先我们确定一下太阳系的范围。
距离太阳最远的行星是海王星,约30个天文单位,在这之外有一个柯伊伯带,有很多冰质小行星,矮行星冥王星就在这一带,也就是距离30~50个天文单位之间,一个天文单位约1.5亿千米,就是45~75亿千米之间。过去人们一般把这个地方当做太阳系边界,这里就是太阳系以外了。
但现在科学界普遍认为,太阳系应该以奥尔特云带为边界,这个以太阳为中心的半径约1光年左右,这是太阳引力影响半径,在这个范围到柯伊伯带之间,存在着数以万亿计的彗星,是彗星的孕育和聚集之地。
已经向太阳系外飞去的无人探测器有4艘。
这4艘探测器都是NASA(美国航空航天局)上世纪七十年代发射的,它们是旅行者1号、2号,先驱者10号、11号。其中旅行者1号飞得最远,已经距离我们225亿千米多。这艘1977年发射升空的行星探测器,已经在太空飞行了43年,早就完成了行星探测任务,带着地球和人类的坐标信息,向银河系中心飞去。NASA接收到的信息是它早就飞出了太阳风顶层,接收到了来自宇宙空间而非太阳的带电粒子,因此被确定为进入了星际空间。
现在,它由于电力即将耗尽,已经关闭了绝大部分设备仪器,人类只能够接受到它简单的信息。到了2025年,旅行者1号将耗尽最后一点电力,地球将再也接受不到它的任何信息,它将脱离人类的视线,完全依靠惯性往银河系中心飞去。
但如果以奥尔特云边际1光年为界,要飞出太阳1光年引力范围,以它现在每秒17km的速度,还需要17000多年。至于人类17000年后是什么样子,现在无法知道,总不至于灭绝了吧。这种飞法虽然也能飞出太阳系,但毕竟只是无人探测器,应该不算人类飞出太阳系吧。
那么载人飞船能飞出太阳系吗?
现在载人飞船最远到达的地方还只是月球,那里距离我们只有40万千米左右,从太阳系来说,还只能是在家门口。人类正在计划飞到火星去,这个目标将会在2033年左右实现。火星距离我们最近时约6000万千米左右,最远时约4亿千米。
这与太阳系1光年半径约9.46万亿千米的范围差距还是太大了,4亿千米只是1光年的1/23650。那么人类有可能载人飞出太阳系吗?我认为有,完全有可能,这个时间需要100年。
首先必须要突破现在的速度限制。目前人造天体的速度早已经不止旅行者1号每秒17千米的速度了、NASA发射的朱诺号木星探测器曾经创下每秒70多千米的速度;而现在正在太阳近距离探测的帕克号恒星探测器已经达到每秒100千米以上的速度;在2024年当帕克号到达太阳最近距离只有600万千米时,将创下每秒约200千米的速度。
这种速度飞出太阳系1光年半径,就比旅行者1号快多了,只需要1500年。但这样,人类还需要在飞船上度过几十代人的时光,是不现实的。必须有更快的速度,人类才能够真正的飞出太阳系。
那么人类能够突破速度瓶颈吗?
我相信能。这种速度目前还处于半科幻的筹划阶段。除了一些过于科幻色彩的项目,比如通过曲速引擎进行时空折叠,比如虫洞穿越等,比较接地气的是“百年星舰”计划。这是NASA和DARPA(美国国防部高级研究计划局)提出的一个计划,这个计划在获得当时的总统比尔·克林顿支持。
9月13日,“百年星舰”计划在休斯敦举行了研讨会,宣布正式启动。这个计划的主要内容是动员全球富豪,筹集100亿美元,在100年内研制出一艘5万吨级星舰,用可控核聚变或更先进能源为动力,巡航速度达到12%光速,载人飞出太阳系。
一度时期,这个计划炒得沸沸扬扬,甚至宣称选好了第一任舰长,她就是黑人女宇航员梅·杰米森。但这位时年55岁的宇航员,到了百年星舰建成时还能够健在吗?这一直是我疑惑不解之处,从而对这个计划是否真能够实现产生了很大不确定性。
但如果星舰计划真的能够成功,人类以光速12%的速度往外飞,飞出1光年范围的太阳系只需要不到时间。这样,只要一代人到太阳系外溜一圈,甚至到比邻星4.3光年的地方溜一圈就不是不可能了。
所以,我希望这个计划不是空穴来风,依然在紧锣密鼓的进行。有消息说火星计划也是这个计划的一部分,这个计划第一站就是火星,或许在那里进行适应性训练后,才会飞往更远的深空。
除了克服速度瓶颈,人类要进入深空,还要解决长期生存保障问题。
在深空星舰上,人类生活与地面生活完全不一样,特别是如何解决长期的食物、饮水、氧气问题,以及解决宇宙高能辐射问题,是目前必须攻克的难题。这些,在科技发展已经进入快车道的今天,我想是能够解决的。
因此我完全相信,人类能够飞出太阳系,飞到附近的恒星系统,但要实现这个目标至少需要100~200年。这样很可能我们这一代人是没法看到这一天的,我们的后代或后代的后代可以见证这一天。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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