人類飛出太陽系十分有可能。盡管人類目前還沒有飛出太陽系,但沒有什麽可以阻擋人類 科技 進步的步伐。
最接近太陽系邊緣、離地球最遠的人造衛星就是旅行者1號探測器。早在1977年發射的旅行者1號探測器,現距離地球約225億公裏。 盡管飛行了43年,但旅行者1號還是沒有飛出天文界意義上的太陽系。
想要飛出太陽系,那麽 飛行器的速度就至少要達到第三宇宙速度,即每秒16.7公裏,這樣才能擺脫太陽的引力 ,不然無論飛多少年都是出不去的。旅行者1號的速度約為每秒17公裏,略高於第三宇宙速度。
以奧特星雲為界, 太陽系的直徑約為20萬個天文單位 ,1個天文單位 太陽到地球的距離1.496億公裏。以目前飛行速度計算, 旅行者1號想要飛出偌大的太陽系還需至少30000年。
到2025年之後,旅行者1號電力耗盡,將無法再和地球取得聯系。由此可見,人類想要飛出太陽系並不容易,至少需要解決兩個問題。
如果速度和旅行者1號差不多,只有每秒幾十公裏或者幾百公裏,想要飛出太陽系就至少等待數千年,時間太過漫長。因此,提高飛船的速度是必須要做到的。
利用太陽風就是壹個不錯的辦法。太陽風是太陽上層大氣射出的高速粒子流,主要由質子和電子組成,充滿整個日球層。 從日冕孔內部散發出來的快速太陽風速度可達每秒800公裏, 人類若能借助太陽風,將會 探索 更遙遠的宇宙。
光壓動力飛船就成為了未來發展的壹個方向。在飛船上安裝數千平方米太陽帆, 當太陽光的大量光子撞擊到太陽帆上時,就會給飛船帶來推力。 由於宇宙中阻力很小,飛船又處於失重狀態,所以這種推力足以讓飛船前行。
理論上來講,飛船會以每日160公裏的速度壹直加速下去。 由於持續飛行時間越久速度就越快,飛船飛行4.5年後,速度可達每小時24萬公裏,相當於每秒66千米。
太陽光會源源不斷地照射太陽帆上,就可以保證飛船在太陽系中永久飛行下去。在宇宙中有陽光的地方飛行,不用再擔心能源動力的問題,因此 飛船到達太陽系邊緣指日可待。
當然,使用可控的核聚變提供能量也是很好的辦法, 1克氫核聚變釋放的能量相當於200噸煤燃燒釋放的能量。 核聚變產生的能量十分巨大,足以支撐質量不大的飛行器在宇宙中長期航行。
人類只用短短幾十年的時間,就把交通工具由馬車變為 汽車 ,又發明速度更快的飛機。 到上個世紀就已經研制出了火箭、航天飛機和衛星,速度發生了質的飛躍。 隨著 科技 的高速發展,或許百年後,人類就可以飛出太陽系, 探索 更廣袤的宇宙。
常有人質疑和擔憂,人類最終能夠飛出太陽系嗎?我認為這是無需質疑的,肯定能飛出,只是怎麽飛出什麽時候飛出的問題。
首先我們確定壹下太陽系的範圍。距離太陽最遠的行星是海王星,約30個天文單位,在這之外有壹個柯伊伯帶,有很多冰質小行星,矮行星冥王星就在這壹帶,也就是距離30~50個天文單位之間,壹個天文單位約1.5億千米,就是45~75億千米之間。過去人們壹般把這個地方當做太陽系邊界,出了這裏就是太陽系以外了。
但現在科學界普遍認為,太陽系應該以奧爾特雲帶為邊界,這個以太陽為中心的半徑約1光年左右,這是太陽引力影響半徑,在這個範圍到柯伊伯帶之間,存在著數以萬億計的彗星,是彗星的孕育和聚集之地。
已經向太陽系外飛去的無人探測器有4艘。這4艘探測器都是NASA(美國航空航天局)上世紀七十年代發射的,它們是旅行者1號、2號,先驅者10號、11號。其中旅行者1號飛得最遠,已經距離我們225億千米多。這艘1977年發射升空的行星探測器,已經在太空飛行了43年,早就完成了行星探測任務,帶著地球和人類的坐標信息,向銀河系中心飛去。NASA接收到的信息是它早就飛出了太陽風頂層,接收到了來自宇宙空間而非太陽的帶電粒子,因此被確定為進入了星際空間。
現在,它由於電力即將耗盡,已經關閉了絕大部分設備儀器,人類只能夠接受到它簡單的信息。到了2025年,旅行者1號將耗盡最後壹點電力,地球將再也接受不到它的任何信息,它將脫離人類的視線,完全依靠慣性往銀河系中心飛去。
但如果以奧爾特雲邊際1光年為界,要飛出太陽1光年引力範圍,以它現在每秒17km的速度,還需要17000多年。至於人類17000年後是什麽樣子,現在無法知道,總不至於滅絕了吧。這種飛法雖然也能飛出太陽系,但畢竟只是無人探測器,應該不算人類飛出太陽系吧。
那麽載人飛船能飛出太陽系嗎?現在載人飛船最遠到達的地方還只是月球,那裏距離我們只有40萬千米左右,從太陽系來說,還只能算是在家門口。人類正在計劃飛到火星去,這個目標將會在2033年左右實現。火星距離我們最近時約6000萬千米左右,最遠時約4億千米。
這與太陽系1光年半徑約9.46萬億千米的範圍差距還是太大了,4億千米只是1光年的1/23650。那麽人類有可能載人飛出太陽系嗎?我認為有,完全有可能,這個時間需要100年。
首先必須要突破現在的速度限制。目前人造天體的速度早已經不止旅行者1號每秒17千米的速度了,NASA發射的朱諾號木星探測器曾經創下每秒70多千米的速度;而現在正在太陽近距離探測的帕克號恒星探測器已經達到每秒100千米以上的速度;在2024年當帕克號到達太陽最近距離只有600萬千米時,將創下每秒約200千米的速度。
當然,這些速度都不是依靠飛船自帶燃料加速達到的,而是通過利用天體引力彈弓效應達到的,這裏就不展開說了。
這種速度就比旅行者1號快多了,飛出太陽系只需要1500年。但這樣,人類還需要在飛船上度過幾十代人的時光,是不現實的。必須有更快的速度,人類才能夠真正的飛出太陽系。
那麽人類能夠突破速度瓶頸嗎?我相信能。這種速度目前還處於半科幻的籌劃階段。除了壹些過於科幻色彩的項目,比如通過曲速引擎進行時空折疊,比如蟲洞穿越等,比較接地氣的是“百年星艦”計劃。這是NASA和DARPA(美國國防部高級研究計劃局)2010年提出的壹個計劃,這個計劃獲得美國前總統比爾·克林頓支持。
2012年9月13日,“百年星艦”計劃在休斯敦舉行了研討會,宣布正式啟動。這個計劃的主要內容是動員全球富豪,籌集100億美元,在100年內研制出壹艘5萬噸級星艦,用可控核聚變或更先進能源為動力,巡航速度達到12%光速,載人飛出太陽系。
壹度時期,這個計劃炒得沸沸揚揚,甚至宣稱選好了第壹任艦長,她就是黑人女宇航員梅·傑米森。但這位時年55歲的宇航員,到了百年星艦建成時還能夠健在嗎?這壹直是我疑惑不解之處,從而對這個計劃是否真能夠實現產生了很大不確定性。
但如果星艦計劃真的能夠成功,人類以光速12%的速度往外飛,飛出1光年範圍的太陽系只需要不到10年時間。這樣,只要壹代人到太陽系外溜壹圈,甚至到比鄰星4.3光年的地方溜壹圈就不是不可能了。
所以,我希望這個計劃不是空穴來風,依然在緊鑼密鼓的進行。有消息說火星計劃也是這個計劃的壹部分,這個計劃第壹站就是火星,或許在那裏進行適應性訓練後,才會飛往更遠的深空。
除了克服速度瓶頸,人類要進入深空,還要解決長期生存保障問題。在深空星艦上,人類生活與地面生活完全不壹樣,特別是如何解決長期的食物、飲水、氧氣問題,以及解決宇宙高能輻射問題,是目前必須攻克的難題。這些,在 科技 發展已經進入快車道的今天,我想是能夠解決的。
因此我完全相信,人類能夠飛出太陽系,飛到附近的恒星系統,但要實現這個目標至少需要100~200年。這樣很可能我們這壹代人是沒法看到這壹天的,我們的後代或後代的後代可以見證這壹天。
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太陽系是以太陽為中心,太陽以及所有受到太陽的引力約束天體的集合體。包括八大行星(由離太陽從近到遠的順序:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、以及至少173顆已知的衛星、5顆已經辨認出來的矮行星和數以億計的太陽系小天體。
了解了太陽系,那我們再來準備準備飛出太陽系必須要了解的三大宇宙速度。
第壹宇宙速度:航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的發射速度,也叫環繞速度,以下記為v1。可以通過如下公式求得:
把R=6400km=6400000m,g=9.81m/s2,帶入求得v1=7.9公裏/秒。但在精確計算中,航天器在距離地面表面數百公裏以上的高空運行,地球對航天器引力比在地面時要略小,故其速度也略小於v1。地球衛星的發生速度就介於第壹宇宙速度與第二宇宙速度之間。
第二宇宙速度:當航天器超過第壹宇宙速度v1達到壹定值時,它就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星,這個速度就叫做第二宇宙速度,亦稱脫離速度。擺脫地球束縛,就是幾乎不受地球引力影響,這與處於離地球無窮遠點的位置得情況等價。
如金星探測衛星必須超過第二宇宙速度。
第三宇宙速度:從地球表面發射航天器,飛出太陽系,到浩瀚的銀河系中漫遊所需要的最小發射速度,就叫做第三宇宙速度。亦稱逃逸速度。
解得v=(v21+v'1)1/2=16.7km/s
如:旅行者1號(英語:Voyager 1)是由美國宇航局研制的壹艘無人外太陽系空間探測器。重815千克,於1977年9月5日發射,截止到2018年11月仍然正常運作。所以在現有技術條件下,人類的火箭已經完全可以把航天器送出太陽系。
根據上面的論述,我們可以得出如下結論 :人類的航天器已經飛出太陽系了,人類飛出太陽系也是遲早的事情!而且在技術上,現在的火箭達到第三宇宙速度,把人類送出太陽系確實很容易,現在主要的難題不是飛出去,而是如何回得來!而且本人相信人類在本世紀就可以做到。