人类如果想要飞出太阳系需要克服哪些技术难题? 人类何时能飞出太阳系呢?

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-15

纵览人类近万年的发展历程不难看出,人类文明在这近两三百年内发生了天翻地覆的变化,甚至可以用“质变”一词来形容这种变化。而之所以会有这种变化,主要得益于“科学”的巨大帮助。


然而,凡事有利也就会有弊,科学带来的先进工业虽然改变了人们的生活,但是也让人们不得不面对一个问题,那就是能源问题。

工业产出是需要能源推动的,而工业的“血液”是地球上蕴含的化石能源,比如天然气、石油等等。


值得注意的是,根据科学家的估测,目前地球上所蕴含的化石能源大约够人类使用几百年,一旦人类在没有找到新能源代替的情况下,将这些不可再生资源消耗殆尽,那么迎接人类文明的将会是倒退、停滞的命运。

可能有的朋友会说,地球上资源耗尽我们可以去太阳系其他星球上寻找替代资源。不错,我们确实可以去其他星球寻找替代资源。


但是相信许多朋友不知道,即便是我们在太阳系其他星球找到了替代资源,而且这些资源蕴藏量也近乎无尽,我们仍然永远安稳的发展下去,因为太阳并不是永恒存在的,它将会在40亿年之后走向灭亡,届时包括地球在内的行星将会被太阳无情的吞噬。

所以说人类离开太阳系,寻找新的家园是一种必然的选择。那么问题来了,人类离开太阳系容易吗?如果不容易,那么人类离开太阳系究竟有多难呢?


想知道问题的答案我们首先从距离尺度上分析。根据科学家的计算和观察,太阳系的引力范围大约是2光年,这也就意味着即便以30万公里每秒(光速)的速度飞行,也得飞2年才算是出了太阳系。

单纯的说2光年,可能并不能给大家直观的感受,甚至有朋友会觉得2光年也没什么大不了,然而一旦将2光年的距离换算成我们熟悉的交通工具,可能你会有更加直观的认识。


一辆车如果以120公里每小时的速度行驶,那么它得花费1800万年才能驶出太阳系。目前人类最快的航天器是太阳神2号(Helios 2),它的速度大约为每秒70公里,就算是它这惊人的速度,想要飞出太阳系也得花 4285年左右。

再比如“旅行者一号”,它目前距离地球约206亿公里,是距离地球最远的人造物。根据计算,“旅行者一号”的速度约为17公里每秒,以这个速度想到达距离太阳系最近的恒星“比邻星”,大约需要74470年。


如果我们抛开各种问题不谈,试想一下,以人类百年的寿命真的能够坐星际飞船飞出太阳系吗?

其实说到星际飞船就不得不提到人类现有科技。人类发展至今一共经历过三次重要的生产力变革,分别是农业革命、工业革命以及目前的信息革命。


而仔细研究不难发现,这三次大的生产力变革本质上都是对于化学能的利用,也就是对分子层面能量的利用。而对于更高层次的原子层面,人类了解的还是极少,比如永远还有五十年的“可控核聚变”。

而无法掌握能量转化率更高的能源,就意味着人类永远不可能飞出太阳系,因为常规化学能不仅能量转化率很低而且上限也不高,根本不可能支撑长距离的星际旅行。


而飞船进行长距离的星际旅行推进能源是一方面,另一方面则是制造材料问题。为了减少功耗,制造飞船的材料必须得轻薄。

而宇宙中又到处漂浮着各种灰尘,这些灰尘在飞船低速状态下造成不了什么影响,而一旦飞船进入高速状态,那么这些灰尘将会成为破坏力巨大的“子弹”,由此飞船材料还得极为坚固,至少得能在宇宙中撑几千年。


而按照目前材料学的发展情况来看,这种兼顾轻薄又十分坚固的材料根本没研发出来,甚至未来也不可能研发出来。

如果我们抛开距离尺度、飞船材料不看,那么人类离开太阳系最大的阻碍应该就是人类脆弱的身体了。


人类这副以碳基为基础的身体,可以说根本不是为星际旅行准备的,或者说根本就不适合长时间星际旅行,因为它太“娇弱”了。环境冷了不行,热了同样不行,不能挤压还必须有空气,甚至稍微有一点辐射都可能会对这副身躯造成致命的影响。

而更让人头大的是,即便是环境满足要求,这副身体还离不开各种能量以及数百种微量元素,而携带这些东西将直接影响飞船为数不多的存储空间。


如果就连人类身体限制都不看的话,那么离开太阳系最大的限制应该就是人类的“劣根性”了,也就是贪婪和好战。

远古时期,人类正是因为拥有贪婪和好战这种“品质”,才能从众多动物中脱颖而出成为地球的主人。


而进入文明社会之后,贪婪和好战这种原本对族群繁衍有帮助的性格,开始渐渐被人们所排斥、摒弃。因为人类已经拥有了足够毁灭整个族群的东西——核武器。

许多科学家曾对核武器产生过忧虑,比如核能领域奠基人爱因斯坦。因为深知核武器蕴含的强大破坏力,他认为人类文明终有一天会被核武器摧毁。


如果爱因斯坦的预言成真,那么“劣根性”成为限制人类离开太阳系的“枷锁”也是理所当然的,毕竟文明的基础都没了,又如何离开太阳系呢?

总的来说,人类飞出太阳系的难点不仅仅在于距离尺度、飞船材料以及能源等级,还有许多看不见的“枷锁”将人类死死地捆在“小小的”地球上动弹不得,而这才是最让人害怕和绝望的地方。



人类如果想要飞出太阳系,需要满足哪些条件?~

在上世纪50年代,人类就开始发展航天事业,到了60、70年代已经取得很多突出的成就,从人类第一次成功实现载人航天,再到后来的登月,这一系列都显示了人类在航空领域取得的重大的发展。
但时至今日,人类依旧还是在太阳系内探索,并没有离开太阳系,那么就有人提出了一个疑问:人类为什么无法飞出太阳系?要想飞出太阳系需要什么条件呢?


太阳系虽然只是银河系数千亿颗恒星系中的一个,但事实上,它的范围却是依然远远超过人类的认知,你是否真的了解太阳系呢?
太阳系的范围。对于太阳系的界限也是众说纷纭,由于当年的九大行星就到冥王星,因此之前大部分的人一直都以为冥王星就是所谓的“太阳系边缘”,也就是说以冥王星轨道为边界的话,太阳系的范围大约为40天文单位。但经过天文学家们对宇宙的不断观测,竟然在柯伊伯带发现了多个矮行星,因此之前的说法就不攻自破了。


虽然星盘与柯伊伯带重叠,但向外延伸得更远,于是被认为是短周期彗星的来源,而奥尔特云是一个假设的球形云,大约由多达一万亿个冰体组成,被认为是所有长周期彗星的来源,因此太阳系的范围又被认为是10万天文单位~0.5光年,但是有部分天文学们却不同意这一观点。


众所周知,太阳系的外边界是由太阳风和太阳引力两种不同的力形成的,因此一部分的人认为根据太阳风层顶为界限以此来计算太阳系的范围,太阳风本质上就是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流,这些带电粒子流能够到达很远的位置,在天文学上将太阳风的影响范围称之为日球顶层。


因此我们从示意图上来看,日球层的边缘大约在100天文单位之外,也就是150亿千米左右,另外一部分人则认为太阳系的引力为界限,其实太阳的引力可以说是无限范围的,因为引力是长程力,并没有结束的位置,只能够无限接近于零。
但是到达了某个点之后,就将成为另一颗恒星引力的天下,而这就是太阳系的希尔球,希尔球指的是环绕小天体运转的天体不被大天体夺走的引力范围,理论计算得到的太阳系引力范围为15~23万天文单位。


在1977年,人类曾分别发射了旅行者1号和旅行者2号两个深空探测器,而这两个深空探测器的主要任务就是飞出太阳系,如今这两个深空探测器已经发射了40多年的时间,那么它们有没有飞出太阳系呢?
旅行者一号飞出太阳系了吗?旅行者一号是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器,它在1977年9月5日被发射出去,截止到2018年11月仍然在正常运作,在它工作的四十多年间已经为我们人类提供了多张星球的详细的照片,可以说它也是目前驶离地球最远的一颗探测器。


截至2018年1月2日止,旅行者一号正处于离太阳大约211亿公里的距离,并且在2014年9月份美国航天局向外宣布,三十多年前发射的“旅行者一号”已经飞离了太阳系,然而仍然有学者对此表示怀疑,“旅行者一号”真的飞出太阳系了吗?
到目前为止,“旅行者一号”飞行距离已经有了210亿公里,按照对冥王星距离的测算,探测器早就飞过了冥王星,自然也就是已经走出了太阳系,但是之前我们已经说了冥王星实际上并不是太阳系的界限。


就拿奥尔特云为界限来说,它距离太阳约50000~100000个天文单位,最大半径差不多为1光年,而旅行者1号飞行到210亿公里,换算成单位是0.00228光年,所以它飞出奥尔特云最少也需要3万年的时间。
而旅行者1号已经工作了41年的时间,可以说已经到了生命的晚期,如果继续在太阳系当中行驶3万年的时间是不可能现实的,所以旅行者一号从这个角度上来说,它并没有飞出太阳系,只不过是触及到了太阳系的边缘而已。


旅行者二号飞出太阳系了吗?“旅行者二号”和“旅行者一号”是姐妹探测器,根据报告我们得知旅行者2号探测器已经穿过了太阳风顶层,进入了星际空间,目前距离太阳大约183亿公里,对于我们渺小的人类来说,是一个非常遥远距离,但是在无际无边宇宙看来,这完全是个可以忽略不计的距离。


之前我们已经说过了旅行者一号飞行距离已经有了210多亿公里都没有飞出太阳系,更不要说飞行距离只有183亿公里的旅行者二号了,这时候或许有人会说,旅行者二号虽然飞行距离比较短,但是不同的是它现在仍然能正常运作,说不定未来的哪一天就会飞出太阳系了!


但是我们要清楚的是,虽然目前旅行者2号还在以15.37公里每秒速度继续飞行,向银河系中心黑洞不停地进发,即使它的速度快如子弹,但是对于以240公里每秒在银河系中运行的太阳系来说,这又算了什么呢?
人类可以飞出太阳系吗?首先宇宙是非常浩瀚的,可观测直径就960亿光年,虽然太阳系只是宇宙中一个小小的星系,但太阳系的范围远比我们想象得还要大。
由于在太阳系之内的任何物体都会受到一定的引力,而这引力主要是来自于太阳,因此要想脱离太阳系,首先便是要摆脱太阳系内引力的作用,现代科学研究发现,太阳系的引力范围大约是2光年左右。
按照目前最快的飞行速度,大约为70公里每秒,我们以此速度来进行计算,如果要想飞出太阳系,至少也需要4300年,甚至是更久的时间,才可以成功飞抵太阳系的边缘,然后飞出太阳系,然而人类的寿命不过区区百年,显然这有点不切实际。


其次我们普通人类的身体根本无法适应太空环境,就连我们人类发射的那些卫星、载人飞船、探测器等等,它们的制造原料一般都是一些特殊材质,必须具备耐高温、抗氧化、抗辐射、抗腐蚀等多种条件。
而人类(包括宇航员)如果真的想要进入太空,就必须要克服太空的环境。太空的环境是非常可怕的,在真空的辐射显然是人类无法承受的,而且,人类进入太空后乘坐着飞船,也需要每天补充能量,能量问题也无从解决。


最后,飞行器要想飞出太阳系,能源的供给是个关键的问题,我们科学家指出,如果飞行器想要持续飞行直至飞出太阳系引力束缚范围,由于化学能的效用是有限的,即使将地球上所有可作为燃料的物质全都点燃,也无法让一座小山坡飞出地球,更别提飞出太阳系,因此能源问题也是一大难题。
总而言之,以目前的技术水平,要想飞出太阳系真是异想天开,需要面临的困难任重而道远,还是需要我们慢慢摸索。



人类要想飞出太阳系,需要什么条件呢?首先速度问题,速度是飞出太阳系的基础,我们得让飞船达到相当快的速度,越是接近光速越好,因此只要我们实现了光速飞行,飞出太阳系那是非常容易的。但是根据相对论,速度越快,质量就会越大,所以光速飞行是目前需要解决的问题之一。


其次就是太空辐射问题,人类的身体根本无法承受这些真空辐射, 而要实现可以承受真空辐射的体质,依靠自然进化是需要漫长时间的,只要依靠强大的基因技术,通过改造基因技术才能解决人类所受到的太空辐射问题。
最后,飞船的燃料的供给是个关键的问题,飞船的飞行肯定是少不了燃料的维持,要知道飞船如此大的推动力消耗燃料的速度也是惊人的,这就需要比较高的燃料利用效率。


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