科学发展日新月异,人类探索的脚步也从地球迈向了宇宙,但是宇宙的广袤和光速的限制就像两把枷锁,把人类文明囚禁在一粒微尘上。那么以现在的科技水平我们可以把探测器发射到一光年外吗?
图注:奥尔特星云距离太阳大约一光年,图片来自网络
顾名思义,光指光速,年指时间,速度乘以时间就是长度,其中光速取值每秒299,792,458米,年取值为西方历法中儒略年的平均值365.25天,等于31,557,600秒,所以一光年的长度也就是9,460,730,472,580,800米。这么长的一串数字就能感受到光年的庞大了,地球直径约为12756千米,一光年的长度大约可以放下七亿四千万个地球。
图注:虽然地球直径有上万公里,但是远远用不到光年这种度量单位,图片来自于网络。
近几年来离子推进引擎、核动力引擎、EM无工质引擎的消息常见诸报端,但是真正广泛使用的依然是依靠燃料化学能的工质引擎,所以依然有必要用工质引擎来衡量现在的航天科技水平。工质引擎的基本原理就是反冲运动,由动量守恒定律可知,火箭的比冲和反向喷射工质的速度成正比,而化学能火箭喷射工质的速度存在着上限,虽然增加燃料有助于提高航天器的最终速度,但是燃料增加也会增加飞行器质量,使其加速困难,并且增加飞行器成本,这种矛盾是工质引擎不可逾越的大山。
图注:土星五号火箭第三级发动机,图片来自于网络。
42年前的旅行者一号探测器距离太阳系已有211亿公里的距离,是距离地球最遥远的探测器,来自地球的指令信息需要19个小时左右的时间才可以被旅行者一号接收到。旅行者一号探测器依靠泰坦三号E半人马座火箭发射升空,依靠太阳系内多个行星的引力弹弓效应进行加速,其速度大约为61,452公里/每小时,虽然比地球上的战斗机和导弹快许多,但是这个速度放到宇宙空间中却十分的缓慢,按照旅行者一号的速度,飞完一光年的路程大约要一万七千年以上,也就是说大约人类如果从石器时代发射旅行者一号探测器,那么到现在它飞行的距离差不多已经一光年了。
图注:旅行者一号探测器,科学家估计到2025年左右旅行者一号的电能将完全耗尽,永远与人类失联。
时间到21世纪,航天器的速度之王变成了“帕克号”太阳探测器,2018年8月12日15点31分,NASA在卡纳维拉尔角空军基地利用德尔塔IV重型火箭使“帕克号”升空,经过近三个月的飞行,它第一次到达近日点,在金星引力的帮助下,“帕克号”探测器会逐渐接近太阳,并最终在距离太阳表面610万公里的轨道上对太阳展开观测活动。
尔塔IV重型火箭升空瞬间
在最靠近太阳的地方,“帕克号”探测器的速度可以达到惊人的72万公里每小时,也就是20万米每秒,有多快呢?大约是音速的588倍,比最快的SR-71战略侦察机快178倍,坐上“帕克号”探测器只需要三分多钟就可以绕地球转一圈,看似很快的速度一旦与光速相比,又小的可怜,“帕克号”探测器的最快速度大约为光速的万分之六,如果用“帕克号”探测器飞完一光年的距离则需要一千五百年,也就是说如果从中国南北朝时期发射“帕克号”探测器,到现在它才可以飞完一光年的距离。
图注:“帕克号”太阳探测器概念图,图片来自于网络。
如果我们以奥尔特星云为太阳系的边界,那么太阳系的半径差不多也是一光年。以目前人类的宇航技术,飞出太阳系所消耗的时长基本上和整个人类文明史时间差不多,而且我们所发射的探测器寿命最长不超过50年,也就是说即使探测器穿过一光年距离到达奥尔特星云,我们也就和它失联了,这就造成人类依靠工质引擎进行的太空探索只能限制在太阳系中很小很小的一个范围之内。要想迈向星辰大海,人类在科学探索的道路上依然要走很远很远。
我们的未来在星辰大海
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