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星際旅行無法實(shí)現(xiàn)?天文學(xué)家:只有逼近光速,才能前往其他恒星

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(jì)六七十年代的登月宇航員們。

50多年后的今天,登月12人大部分都已經(jīng)去世,而人類別說火星,就是月球也再沒去過,太空的活動范圍也局限在了近地軌道的空間站上,雖然各方現(xiàn)在都有探索月球并建立月球基地的計劃,但38萬公里外的月球?qū)嵲谒悴簧鲜裁催h(yuǎn)方。

包括科幻作家在內(nèi)的很多人,心心念念的其實(shí)是星際旅行而不是太陽系內(nèi)的航行,更不是地月之間38萬公里的常態(tài)化航班,而是真正意義上,跨越光年到達(dá)另一個恒星系,甚至是跨越百萬光年到達(dá)另一個星系的星際旅行。

 

那么問題來了,在人類已經(jīng)能熟練出入太空的今天,是什么阻擋了我們星際旅行的步伐了呢?

天文學(xué)家認(rèn)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(yuǎn)了,而距離太陽最近的比鄰星遠(yuǎn)在4.22光年之外,本星系群內(nèi)質(zhì)量最大的仙女座星系遠(yuǎn)在254萬光年之外。

而太陽系的半徑達(dá)到了一光年,銀河系的半徑是10萬光年,哪怕是垂直于銀道面飛行,人類探測器也得飛3000光年才能飛出銀河系,上世紀(jì)70年代發(fā)射的旅行者一號和二號,到今天也才飛了200多億公里,折合下來還不到1光天。

 

在恒星平均間距數(shù)光年,星系平均間距數(shù)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,有什么辦法能幫助人類實(shí)現(xiàn)星際旅行呢?

這個問題的答案可以從推進(jìn)方式中尋找,目前的化學(xué)動力火箭或者探測器,采用的都是自帶燃料然后讓燃料高速燃燒,靠反作用力前進(jìn)的辦法。

這種推進(jìn)方式最大的問題就是無法擴(kuò)大化,也就是說化學(xué)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(zhì)量,因此當(dāng)化學(xué)燃料質(zhì)量達(dá)到一定程度后,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(xué)動力火箭進(jìn)行星際旅行就是癡人說夢,它甚至連太陽系內(nèi)漫游都做不到,最多就是地月和地火之間跑個來回。

除了化學(xué)動力的反作用力推進(jìn)外,物理學(xué)家還構(gòu)思過離子推進(jìn)和反物質(zhì)推進(jìn),離子推進(jìn)主要消耗的是電能,這一點(diǎn)可以在未來可以用可控核聚變反應(yīng)堆來功能,而反物質(zhì)主要靠粒子加速器制備,能量密度遠(yuǎn)超化學(xué)燃料,這樣一來只需要很少的反物質(zhì)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(dá)到光速的十分之一,即每秒3萬公里或者每小時1億公里,那么飛船上的人只需要43年就能到達(dá)4.22光年外的半人馬座比鄰星,實(shí)現(xiàn)真正意義上的恒星際航行。

然而43年的時間還是太長了,就算未來有冬眠技術(shù)能讓人跨越時間,43年的航程中也難免不會出什么意外,所以飛船的速度必須進(jìn)一步提升,如果達(dá)到0.5倍光速也就是每秒15萬公里,那么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(chǔ)上進(jìn)一步提速,那么一切就都不一樣了,因為愛因斯坦會帶著他的相對論來幫你實(shí)現(xiàn)星際旅行。

根據(jù)狹義相對論中的時間膨脹公式,如果飛船的速度達(dá)到光速的99.999999%,那么在尺縮和鐘慢效應(yīng)的幫助下,你會感覺銀河系的直徑變短了,時間膨脹效應(yīng)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(shí)只老了3歲,相當(dāng)于變相到達(dá)了20萬年后。

綜上所述

實(shí)現(xiàn)星際旅行有且只有一個辦法,那就是更新宇航推進(jìn)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(xiàn)實(shí)。

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