人类有可能飞出太阳系吗?
▍↱人类有可能飞出太阳系吗?
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,出了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,还只能算是在家门口。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。
当然,这些速度都不是依靠飞船自带燃料加速达到的,而是通过利用天体引力弹弓效应达到的,这里就不展开说了。
这种速度就比旅行者1号快多了,飞出太阳系只需要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)2010年提出的一个计划,这个计划获得美国前总统比尔·克林顿支持。
2012年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10年时间。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。
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▍♢人类有可能飞出太阳系吗?
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太阳系是以太阳为中心,太阳以及所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星(由离太阳从近到远的顺序:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。
了解了太阳系,那我们再来准备准备飞出太阳系必须要了解的三大宇宙速度。
第一宇宙速度:航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度,也叫环绕速度,以下记为v1。可以通过如下公式求得:
得把R=6400km=6400000m,g=9.81m/s2,带入求得v1=7.9公里/秒。但在精确计算中,航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地球对航天器引力比在地面时要略小,故其速度也略小于v1。地球卫星的发生速度就介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间。
第二宇宙速度:当航天器超过第一宇宙速度v1达到一定值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称脱离速度。摆脱地球束缚,就是几乎不受地球引力影响,这与处于离地球无穷远点的位置得情况等价。
而得:计算得:如金星探测卫星必须超过第二宇宙速度。
第三宇宙速度:从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度,就叫做第三宇宙速度。亦称逃逸速度。
以离太阳表面无穷远处为0势能参考面,则有(不考虑地球引力) (vRE为人造天体对太阳的速度,m为人造天体的质量,R为平均日地距离,M为太阳质量)解得由v地球绕太阳=29.8km/s知v’=42.2-29.8=12.4km/s设R'为地球半径,M'为地球质量又由于发射时必须克服地球引力做功,故由机械能守恒定律有1/2mv1-GM'm/R‘=1/2mv’∵GM'm/R'=1/2mv21(v2为第二宇宙速度)∴1/2mv1-1/2mv21=1/2mv’解得v=(v21+v'1)1/2=16.7km/s
如:旅行者1号(英语:Voyager 1)是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器。重815千克,于1977年9月5日发射,截止到2018年11月仍然正常运作。所以在现有技术条件下,人类的火箭已经完全可以把航天器送出太阳系。
根据上面的论述,我们可以得出如下结论:人类的航天器已经飞出太阳系了,人类飞出太阳系也是迟早的事情!而且在技术上,现在的火箭达到第三宇宙速度,把人类送出太阳系确实很容易,现在主要的难题不是飞出去,而是如何回得来!而且本人相信人类在本世纪就可以做到。
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▍Ⓥ人类有可能飞出太阳系吗?
人类有可能飞出太阳系吗?
★人类目前无法飞出太阳系,至少还得过若干年后看是否可以利用太阳系其他行星的能源。因为太阳系太多未知世界人类还不能掌握它。
这里牵涉到太阳系的边界在哪?奥尔特云藏着多少秘密?为什么地球人类还没人完全了解整个太阳系的结构。也没直接观测到奥尔特云呢?
太阳系位于银河系的旋臂中,距离银河系中心约2.6万光年。虽然太阳系通常是指海王星以外的区域,外海王星之外的区域通常称为外太阳系或外海王星区,仍然是未被探测的广大空间。太阳系的直径100.000光年,拥有约两千亿颗恒星的棒旋星系。太阳系往外是柯伊伯带,奥尔特云,半人马座α,猎户臂,银河系,仙女座……。
太阳引力的渐远渐弱是一个量变过程。人类探测器旅行者2号已飞到了太阳风影响力最远的地方。地球层是太阳辐射出的粒子,能达到的最远距离。新视野号(New Horizons)到达冥王星后,拍到太阳系边缘有着巨大的结界,由氢元素组成,保护着太阳系。 科学家认为奥尔特云是五十亿年前形成太阳及其行星的残余物质。
理论上的奥尔特云有数以兆计的冰冷天体和巨大的质量,在大约5000天文单位,最远可达10000天文单位的距离上包围着太阳系,被认为是长周期彗星的来源。宇宙中新星爆发会产生强大的星际风,奥尔特云在星际风的作用下形态不断变化。地球人类想要走出太阳系,先要突破一层结界,然后穿越柯伊伯带,最后穿越神秘莫测的奥尔特星云。你觉得人类要多少年飞出奥尔特云呢?
★地球人类能否飞出太阳系?目前地球人类可以飞出地球飞到月球,飞到火星,但人类能否飞出太阳系呢?一九七七年美国宇航局发射了著名的“旅行者1号”深空探测器,2013年首次宣布旅行者1号已经飞出太阳系,我们看似已飞出太阳系的目标不远了,但事实上旅行者1号所谓已经飞出了太阳系,仅仅因为它远离太阳风的范围。但对于真正的太阳系边界还有着很大一段距离。
科学来说,太阳系的边界应该是奥尔特星云,根据目前的观测数据,科学家认为奥尔特星云是一个覆盖整个太阳系的球形星云,主要由半径约为一光年的冰冷物体组成,这对人类来说是一段很长的距离,但对太阳系来说并不多,因为太阳系外奥尔特星云的边缘之间的距离约为10万AU,太阳的重力场约为两光年(125000AU),也就是说只有飞出奥尔特星云,人类才能被视为飞出太阳系。 一光年可能看起来不远,但事实上这种距离超出了现代人类空间技术的控制。就旅行者1号的速度而言,飞出奥尔特星云将需要大约2万年的时间。
旅行者1号是人类最快的飞行器,所以我们只能得出今天的人类不能飞出太阳系。 但是我们不需要惋惜,因为如果可核聚变技术能够实现,那么人类就有能力飞出太阳系。可控核聚变并不像光速那样遥远,甚至不确定。如弯曲、超空间等。目前由于可控核聚变技术缺乏突破,暂时人类未能实现远离太阳系的可能。事实上利用不受控制的核聚变作为和核脉冲航天器的动力技术也是可行的,在合理的设计下,未来人类达到10%的光速是没有问题的,至于人类生活的问题,最现实的就是人工智能和飞船,它需要携带人类的生活空间和自给自足的设备维修,机器人备件,辐射屏蔽等。
当然地球上的资源不足以支持。这样的梦想。所以我们应该开发月球和近地小行星的资源,然后是主要的小行星,然后将氦3聚变燃料从气体巨行星的大气中提取出来,建造小行星的金属船,利用冰作为辐射屏蔽和流星屏蔽。考虑到技术的进一步发展,估计在这些问题得以解决以后,人类还是有望飞出太阳系的。
▍➪人类有可能飞出太阳系吗?
感谢@钟铭聊科学 与@星辰大海路上的种花家 邀请,这是一个有趣的问题。
人类是否可以飞出太阳系?未来当然可以!不过这将是一个非常遥远的未来,你我都看不到。不仅如此,甚至你我的孙子的孙子的孙子可能都看不到这一壮举。同时,人类要想完成这一壮举还需要满足许多苛刻的条件。
太阳系有多大?
要想知道咱们能不能飞出太阳系,这是第一个需要了解的问题:它到底有多大?
地球距离太阳最近的时候(近日点)大约是1.47亿公里,最远的时候(远日点)约1.52亿公里,平均轨道半径(半长轴)约1.496亿公里,我们将地球与太阳之间的平均距离1.496亿公里规定为1个天文单位(AU)。这对于人类来说是一个非常遥远的距离,但对于太阳系来说它并不算什么,因为太阳系外围奥尔特云外边缘距离约为100000AU,而太阳的引力场范围大约是2光年(125000AU)!摆脱了太阳的引力才算是真正飞出了太阳系。
(太阳系的范围)
人类的“足迹”到了哪里?
1977年9月5日,NASA发射了一颗深空探测器“旅行者1号”,经过长达42年的飞行,它现在已经到达了距离地球220亿公里的地方,如果换算成天文单位,大约是147.347AU。
旅行者1号以16.9公里/秒的高速航行,它是人类到目前为止速度最快的航空器,并且早在2012年就穿越了日球层来到了充满星际介质的空间,但它距到达太阳系的奥尔特云理论上的内边缘至少还需要300年时间,而穿越奥尔特云则是4万年以后的事了。
(地球很小,太阳系很大)
旅行者1号和2号都是无人探测器,它们依靠核电池供电,或许可以飞得远一些。人类航天员目前为止最远只到过距离地球36万公里的月球表面,更多的时间,我们的宇航员仅在距离地面400公里的国际空间站里活动。富豪们一掷万金,希望飞到高度仅100公里的临近空间窥视地平线。
(国际空间站轨道距地面仅400公里)
人类从事太空旅行的难点究竟在哪里?
上世纪60年代末至70年代初,为了与苏联进行太空争霸,美国倾全国之力开启阿波罗计划,先后6次将12名宇航员送上月球(有些人质疑这一点),之后便偃旗息鼓,给世人留下诸多谜团。其后包括美国和苏联在内的所有国家都没有能力将宇航员送到更远的太空。
载人航天是一项技术极复杂耗资极巨大的系统性科学工程,人们不仅需要研究和攻克一系列技术难题,还需要极其庞大的资金投入。我们为什么要飞出太阳系?到太阳系外做什么?为什么要派人去而不是送探测器去?这些都是必须回答的问题。
(阿波罗11号乘组在地面模拟训练)
当人类认为确有必要将人送上太空,或是去寻找一个新的家园。接下来要解决的问题是确定目的地、花多长时间、送多少人去,以及如何确保这些人能安全到达。这很重要,因为人不是机器,机器可以设定休眠定时唤醒,人是否可以?人维持生命所需要的空气、水、食物以及药品等等生命保障系统,这一切机器都不需要,未来的飞船需要携带多少物资、需要多大的空间来供宇航员们生存?在数万年甚至数十万年的太空旅行中,人如何生存繁衍?这些基础问题都需要解决。
(空间站货仓,堆满了食物、水和生活物品)
人类飞出太阳系,进行太空旅行需要具备哪些条件?
确定目标
我们为什么要从事星际旅行?我们飞出太阳系的目的是什么?如果只是进行太空探索,看看太阳系之外到底有什么,就大可不必派人去,像旅行者1号、2号那样,未来发射一些更强大的无人探测器完全可以达到目的。所以宇航员飞出太阳系的目的只能是进行星际移民,到太阳系之外创造一个新家园、播撒人类文明的种子。
距离太阳系4.2光年外的比邻星b并不是个好去处,因为比邻星是个脾气暴躁的红矮星。更适合人类居住的地方或许是距离太阳系12光年的天仓五(Tau Ceti),目前已知它的大小与太阳相当,有5颗行星,并且其中有2颗处于宜居区内,这里或许是我们更好的归宿。
(天仓5距我们约12光年)
打造飞船
这种飞船也许只在科幻电影里才会出现,因为需要保障若干名宇航员至少数千年的生存与繁衍,所以它至少需要像一座太空城市一样庞大。它也许有500米宽、1000米长,质量超过1000万吨。建造如此巨大的飞船对于今天的人们来说是不可想象的,或许几千年后我们的后代可以做到。
惊人的速度
为了能够尽量缩短太空旅行的时间,飞船需要极快的速度,甚至达到光速的1%(3000公里/秒),这是一个极其惊人的速度。旅行者1号目前的速度是16.9公里/秒,它是通过木星及其它行星的重力辅助(引力弹弓)效应才达到如此快的速度。为了获得更快的速度,缩短飞行时间,825.5千克的旅行者1号需要尽量靠近木星,通过木星的引力作用将它弹射到深空。
(旅行者1号通过木星和土星的引力弹弓获得加速)
旅行者1号能做到的事,我们未来的飞船做不到,它太庞大,任何行星引力的潮汐作用都可以将它撕扯成碎片,更不用说飞船里活生生的宇航员了。星际旅行的飞船需要与行星保持一定的距离,这是飞船的洛希极限。
(旅行者1号引力弹弓)
庞大的能源需求
星际旅行无法依赖太阳能,深空是一个暗淡无光且极度寒冷的地方,所有的飞行器都需要自带电源来为设备进行供电。
旅行者1号、2号各自携带了3组放射性同位素热电发生器(RTG),它们可以在发射初期为航天器提供约470W的电能。因为核电池都具有半衰期,所以电池输出的电能会随着时间的流逝一点点减少。
为了满足太空飞船巨大的能源需求,未来太空旅行需要强大的核聚变发电系统,这或许不是问题。问题是在高速飞行的全程中,能源是得不到补给的,所有的燃料都必须随船携带。同样得不到补给的还有全船人一切的生活所需。
将1吨的物质加速到光速的1%至少需要消耗12.5太瓦小时的能量,10000万吨的飞船需要1.25亿太瓦小时,这大约相当于目前全球年能源消耗量的1000倍。
防护盾
太空旅行充满风险。这里不仅有强烈的太阳辐射、宇宙射线,还有细小的尘埃。较大的碎片极少见,但它们却更具有破坏性,要知道不仅在柯伊伯带有数以亿计的小行星和撞击碎片,在奥尔特云中的冰粒和小天体更是难以计数。它们中的绝大多数都不可探测,但其中任何一个小碎片撞击飞船都将造成灾难性的后果。
(和平号空间站的一个舱段遭到撞击)
为了保证人员和飞船本身的安全,同时又不牺牲飞行速度,未来的星际飞船需要安装先进的防护系统,它不仅可以阻止宇宙射线损害人员健康、破坏电子设备,还要能抵挡强烈的意外撞击。
生命的繁衍与健康保障
人的生存不仅需要水、空气、食物和空间,还需要一套极其复杂的生命保障系统。在飞出太阳系的漫长旅行过程中,人类生存和繁衍的条件比地球上要更为苛刻,失去重力不仅将带来一系列健康问题,使我们的机体退化,狭小的空间还会造成严重的心理障碍,这一切都需要加以解决,而解决这一切同时意味着极高昂的成本。
(国际空间站希望通过男女搭配来缓解宇航员的身心压力)
总结:
我们的太阳系在浩瀚银河中不过是微不足道的一个小光点,但对于人类来说它却是极其巨大。
旅行者1号深空探测器花了42年时间才刚刚飞出日光层,理论上它还需要4万年才能飞出太阳系,未来人类要想进行深空旅行无疑是一项遥远而艰巨的任务。
在太空中旅行将需要获得水、食物、空间、人、建筑材料、能源、运输、通讯、生命支持、模拟重力和辐射防护等等,所有的这一切都需要装进一个庞大的宇宙飞船里,建设这样一个飞船不仅需要极先进的技术,还需要极庞大的资本投资。
总之,它是一艘未来之船,我们所能做的是幻想一下。
幻想很容易,不是吗?
▍↟人类有可能飞出太阳系吗?
如何才能飞出太阳?
飞出太阳系并不是做不到,只是带上人还做不到。实际上,科学家就曾经发射过探测器,比如:旅行者1号和旅行者2号,它们的使命就是太阳系。
那如何才能飞出太阳系呢?
实际上,我们只要速度够快就行。这个问题,我们可以从牛顿的思想实验来思考。假设地球上有个理想的大炮。这时候向外开炮,炮弹其实会打出一个抛物线。
但我们要知道,地面其实并不是完全平的,实际上应该是曲面,只是曲率小到我们感觉是平的而已。
所以,其实地面是有向下的趋势的。如果我们让这个大炮继续开炮,这时候让炮弹的速度达到7.9km/s,这个时候,地面向下的量就和炮弹向下的量是相同的,炮弹也就成了一个卫星了,可以绕着地球转。
如果我把继续让炮弹的速度增加,达到11.2km/s以上,这时候炮弹就可以飞出去,摆脱地球引力的束缚。
如果还是在地球上开炮,让炮弹的速度达到16.7km/s,那这时候,炮弹甚至可以摆脱太阳引力的束缚,飞出太阳系。
因此,从地球飞出太阳系,至少要具备16.7km/s的速度,如果加上木星的引力弹弓效应,其实要达到这个速度还是有希望的。比如:旅行者号都是利用木星来给加速来实现飞出太阳系。
但即使是这样,人类依然做不到飞出太阳系。那具体是什么原因呢?
人类为什么飞不出太阳系?
实际上,飞不出太阳系的原因有很多,存在着各种客观因素,我们就来说最核心的一个问题:距离远离。
星际旅行就如长途旅行,因为天体之间的距离实在太阳太遥远了。我们要知道旅行者号可是在上世纪70年代就发射了,而它们现在才到了太阳系的边界而已,这可是整整40多年过去了。而我们要星际旅行主要途径一些补给站,否则,哪怕是准备一个人40年的饮用水和饮食,这个飞船都带不走。在太阳系来建立补给站还好。但是一旦出了太阳系,就会进入一片真空区域,前不着村,后不着店。到那时候,如果选择不回来,继续飞行,那最近的补给站都得到比邻星。这距离太阳系大概要4光年左右。
如果以第三宇宙速度也就是16.7km/s,要想到达比邻星至少都要7万年以上。也就是说,出了太阳系,要到下一个补给站至少要7万年的时间。这已经不是食物和饮用水够不够的问题了,这都远远超过一个人的寿命了。如果一个人的寿命按照100岁来说,那一个人要花700辈子才能飞到那边。
如此的距离,使得我们不能不把非常做得比航空母舰还要大得多,不仅要配备充足的食物和饮用水,同时带上足够多的人去,并且要在飞船上构建一个人类社会,这非常类似于年初非常火的那部电影《流浪地球》。
但是,如果这么多,就又会带来另外一个问题,那就是如何让如此巨大的飞船达到宇宙第三速度?按照目前人类的技术,我们根本做不到这一点。因此,由于星际旅行之间的距离实在太远太远,直接导致载人飞出太阳系的可能性几乎是不可能的。也有人为,正是因为整个原因,我们才找不到外星人,而外星人也找不到我们。
如果飞出太阳应该具备什么条件?
从上文的讲述中,你也应该发现了,其实最难克服的是距离。因此,我们得具备让飞船可以达到相当快的速度,越是接近光速越好,但是根据相对论,速度越快,质量就会远大,要再加速就越困难。因此,需要极为强大的推进装置,可能可控核聚变都还只是一个起步,毕竟这个转化率不到1%。或许,如果未来可以利用正反物质湮灭来提供能量,那可能可以做到超强大的推力装置。但这还远远不够,还得能设计出足够扛造的飞船,能够承受住在如此高速之下还不散架才行。当然,以上我们还没有考虑到人是否能够承受得住。
所以,我们会发现,这种项目其实是一个系统工程,不只是一方面搞定了就可以,而是要注意各个方面。对于如今登月都不太容易的科学技术来说,要做到这一点真的是不太现实。
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