星際旅行無法實現?天文學家:只有逼近光速,才能前往其他恆星
2022-11-28由 宇宙觀察 發表于 農業
為什麼甲烷沒有極性
拋開不可考證的神話傳說,
目前為止只有12個人踏上過外星球的土地
,他們就是上世紀六七十年代的登月宇航員們。
50多年後的今天,登月12人大部分都已經去世,而人類別說火星,就是月球也再沒去過,
太空的活動範圍也侷限在了近地軌道的空間站上
,雖然各方現在都有探索月球並建立月球基地的計劃,但38萬公里外的月球實在算不上什麼遠方。
包括科幻作家在內的很多人,心心念唸的其實是星際旅行而不是太陽系內的航行,更不是地月之間38萬公里的常態化航班,而是真正意義上,跨越光年到達另一個恆星系,甚至是跨越百萬光年到達另一個星系的
星際旅行。
那麼問題來了,在人類已經能熟練出入太空的今天,
是什麼阻擋了我們星際旅行的步伐了呢?
天文學家認為是距離
拋開最近的月球不談,被探測器頻繁光顧的火星距離地球最近的時候也有5500萬公里,木星土星天王星海王星就更遠了,
而距離太陽最近的比鄰星遠在4.22光年之外
,本星系群內質量最大的仙女座星系遠在254萬光年之外。
而太陽系的半徑達到了一光年,銀河系的半徑是10萬光年,哪怕是垂直於銀道面飛行,
人類探測器也得飛3000光年才能飛出銀河系
,上世紀70年代發射的旅行者一號和二號,到今天也才飛了200多億公里,摺合下來還不到1光天。
在恆星平均間距數光年,星系平均間距數百萬光年的情況下,直徑930億光年的可觀測宇宙對人類來說,
就是一個巨大但空曠的宮殿。
在距離漫長到難以想象的情況下,
有什麼辦法能幫助人類實現星際旅行呢?
這個問題的答案可以從推進方式中尋找,目前的化學動力火箭或者探測器,採用的都是自帶燃料然後讓燃料高速燃燒,
靠反作用力前進的辦法。
這種推進方式最大的問題就是無法擴大化,也就是說化學動力火箭和航天器的尺寸以及能塞下的燃料是有上限的,更多的燃料不意味著更快的速度和航程,
因為燃料本身的也是質量,
因此當化學燃料質量達到一定程度後,燃料最大的用處就是用來推動自己而不是有效載荷了。
因此想靠目前的化學動力火箭進行星際旅行就是痴人說夢,它甚至連太陽系內漫遊都做不到,
最多就是地月和地火之間跑個來回。
除了化學動力的反作用力推進外,物理學家還構思過離子推進和反物質推進,離子推進主要消耗的是電能,
這一點可以在未來可以用可控核聚變反應堆來功能
,而反物質主要靠粒子加速器製備,能量密度遠超化學燃料,這樣一來只需要很少的反物質就能把飛船速度加速到一個很高的水平。
理想情況下
如果飛船的速度達到光速的十分之一,即每秒3萬公里或者每小時1億公里,那麼飛船上的人只需要43年就能到達4。22光年外的半人馬座比鄰星,
實現真正意義上的恆星際航行。
然而43年的時間還是太長了,就算未來有冬眠技術能讓人跨越時間,43年的航程中也難免不會出什麼意外,所以飛船的速度必須進一步提升,
如果達到0。5倍光速也就是每秒15萬公里
,那麼前往比鄰星所需要的時間將從原來的43年縮短到不足10年。
遺憾的是銀河系的直徑有20萬光年,0。5倍光速和20萬光年的距離相比還是太慢了,但假如你還能在這個基礎上進一步提速,那麼一切就都不一樣了,
因為愛因斯坦會帶著他的相對論來幫你實現星際旅行。
根據狹義相對論中的時間膨脹公式,如果飛船的速度達到光速的99。999999%,那麼在尺縮和鐘慢效應的幫助下,你會感覺銀河系的直徑變短了,
時間膨脹效應將讓你用短短3年時間走完20萬光年的距離,
雖然在外界看來你這趟旅程花了20萬年,但你其實只老了3歲,相當於變相到達了20萬年後。
綜上所述
實現星際旅行有且只有一個辦法,
那就是更新宇航推進方式提高宇航速度
,只有宇航速度接近光速,星際旅行才能變成現實。