自從人類看到天空的那一天起,就幻想著飛上天空,看看那是什么樣的世界。 尤其是現(xiàn)代天文學(xué)乃至航天學(xué)建立起來(lái),具備了太空探索的基本能力后,我們更加向往其他星球。 然而,當(dāng)我們真正開(kāi)展太空探索時(shí),我們才發(fā)現(xiàn)我們的能力是多么有限。
迄今為止人類發(fā)射的所有探測(cè)器中,飛得最遠(yuǎn)的就是旅行者一號(hào),目前距離我們只有223億公里。 這個(gè)數(shù)字看起來(lái)非常驚人,但距離比鄰星還很遙遠(yuǎn),需要7萬(wàn)到10萬(wàn)年才能到達(dá)。 在太空中,人類探測(cè)器比海龜慢。 我們不必太失望。 雖然目前的探測(cè)器仍然很慢,但我們目前已經(jīng)掌握了4種方法,可以實(shí)現(xiàn)更驚人的速度。 然而,這些方法仍然不成熟。 一旦其中之一能夠取得突破,我們飛出太陽(yáng)系的那一天就指日可待了。
盡管人類探測(cè)器已經(jīng)開(kāi)始嘗試?yán)煤肆炎儼l(fā)電,但利用核能為整個(gè)火箭提供動(dòng)力仍然只是一個(gè)概念。 目前,液氫仍然是最常見(jiàn)的火箭燃料,此外還有甲烷、無(wú)偏二甲肼等。 簡(jiǎn)而言之,我們?nèi)匀灰揽炕瘜W(xué)反應(yīng)來(lái)為火箭提供動(dòng)力。 我們知道,這樣的反應(yīng)提供的能量是非常有限的,因?yàn)樗哪芰縼?lái)源只是化學(xué)鍵重組產(chǎn)生的能量差。 原子99.95%的能量集中在原子核中。 如果我們能夠利用這種能量,火箭的速度將會(huì)大大提高。 是的,這是核反應(yīng)。
根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,1千克化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)釋放的能量約相當(dāng)于1毫克質(zhì)量。 如果用中子轟擊鈾使其裂變,可以獲得相當(dāng)于955毫克質(zhì)量的能量,這幾乎是化學(xué)燃料的1000倍。 如果你想想TNT炸藥和原子彈的威力差異,就更容易理解兩者之間的巨大差距。
這只是核裂變。 如果能夠利用核聚變來(lái)提供能量,那么火箭能夠獲得的動(dòng)力將會(huì)更加可觀。 你想一想,核聚變就是氫彈的基本原理! 如果1公斤氫聚變成氦,我們獲得的能量將相當(dāng)于7.5克的質(zhì)量,這是驚人的! 如果我們能夠利用核聚變的原理來(lái)加速火箭,它能夠獲得的加速時(shí)間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前所有燃料的加速時(shí)間,這將使我們能夠在數(shù)百甚至幾十年內(nèi)到達(dá)比鄰星。
但目前我們的核聚變還沒(méi)有成熟,無(wú)法實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)。 這也是世界各國(guó)正在努力克服的問(wèn)題。 不久前,媒體剛剛報(bào)道稱,人類第一座核聚變反應(yīng)堆已經(jīng)開(kāi)始建造,預(yù)計(jì)2025年完工。不過(guò),這么巨大的反應(yīng)堆肯定不能用在火箭上。 至于火箭何時(shí)能夠使用小型核聚變反應(yīng)堆,目前還不得而知。 有人認(rèn)為要等到2100年。同樣利用質(zhì)能方程的原理,反物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于核聚變。 或者我們可以夸張地說(shuō):對(duì)于反物質(zhì)來(lái)說(shuō),能量轉(zhuǎn)化率并不重要,因?yàn)樗脑砭褪菍⑺形镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為能量,轉(zhuǎn)化率是100%。
反物質(zhì)的原理非常簡(jiǎn)單。 一對(duì)相反的物質(zhì)會(huì)一起湮滅,徹底轉(zhuǎn)化為能量。 只要1克反物質(zhì)和同等數(shù)量的物質(zhì)完全湮滅就會(huì)產(chǎn)生1.8×10^14焦耳的能量,相當(dāng)于三顆廣島原子彈,可見(jiàn)其威力有多大。 如果我們能將這種能量運(yùn)用到火箭中,推力將是相當(dāng)驚人的。 然而三個(gè)宇宙速度,我們對(duì)反物質(zhì)的了解還比較有限,目前還無(wú)法真正將反物質(zhì)運(yùn)用到實(shí)踐中。 主要困難集中在三個(gè)方面:如何制造穩(wěn)定、中性的反物質(zhì); 如何將反物質(zhì)與正常物質(zhì)分離。 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)其的精準(zhǔn)長(zhǎng)期控制。
反物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)使其能夠被人類實(shí)際使用。 目前,前兩個(gè)問(wèn)題已得到一定程度的解決。 在歐洲核子研究組織反物質(zhì)工廠,科學(xué)家嘗試將反質(zhì)子與正電子結(jié)合,成功制造出反原子,實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。 與此同時(shí),他們能夠利用磁場(chǎng)和電場(chǎng)將準(zhǔn)備好的反物質(zhì)限制在普通物質(zhì)之外,使其穩(wěn)定約一個(gè)小時(shí)。
目前,我們唯一無(wú)法克服的就是反物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)。 人們一直開(kāi)玩笑說(shuō),反物質(zhì)是世界上最昂貴的物質(zhì),生產(chǎn)一克至少需要數(shù)千億美元。 如果有一天我們實(shí)現(xiàn)了反物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn),屆時(shí)我們將更有能力保存反物質(zhì)。 那么,反物質(zhì)火箭一定不會(huì)太遠(yuǎn)。 它們將通過(guò)令人震驚的強(qiáng)大推力幫助我們探索宇宙。
與反物質(zhì)相比,暗物質(zhì)更加神秘。 目前沒(méi)有人知道暗物質(zhì)是什么。 他們只知道它約占整個(gè)宇宙質(zhì)量的85%。 有人認(rèn)為,暗物質(zhì)的本質(zhì)也是玻色子,而且有一個(gè)很特別的東西:它是它自己的反物質(zhì)。 他們認(rèn)為,雖然概率不高,但在極少數(shù)情況下,它們會(huì)自我毀滅,從而為火箭提供大量能量。
在宇宙中,許多遙遠(yuǎn)星系的中心都存在著驚人的伽馬射線暴。 不同的科學(xué)家對(duì)這些伽馬射線的來(lái)源給出了不同的看法。 他們中的一些人按照我們剛才提到的理論進(jìn)行分析,認(rèn)為這種強(qiáng)大的能量來(lái)自于暗物質(zhì)的湮滅。 如果我們用在火箭上,同樣可以實(shí)現(xiàn)速度的飛躍。 同時(shí),由于暗物質(zhì)在銀河系中隨處可見(jiàn),我們不需要補(bǔ)充能量,只需利用當(dāng)?shù)氐牟牧暇涂梢岳^續(xù)加速。 而且,如果真的可以不攜帶燃料,那么人類的太空探索將實(shí)現(xiàn)更多的“不可能”。 火箭可以無(wú)限加速而不超過(guò)光速,大大拓展了我們的探索范圍。
然而,這個(gè)想法仍然只是一個(gè)想法。 它首先依賴于暗物質(zhì)的特性,并且必須滿足我們上面提到的猜想。 如果暗物質(zhì)被證明不具有這種性質(zhì),那么上述一切都將毫無(wú)意義。 即使有一天我們證明暗物質(zhì)具有這樣的性質(zhì),我們?nèi)匀恍枰鉀Q一些其他問(wèn)題,如何促進(jìn)反物質(zhì)之間的湮滅; 如何引導(dǎo)能量釋放的方向,保證火箭朝著我們需要的方向運(yùn)動(dòng)。
如何有效控制反應(yīng)的速率和規(guī)模,使火箭能夠按照我們的要求運(yùn)行。 太陽(yáng)帆的概念在數(shù)百年前就被提及。 著名天體物理學(xué)家開(kāi)普勒在看到彗星后發(fā)現(xiàn),太陽(yáng)有能力將彗星的尾巴擺動(dòng)到某一側(cè)。 他相信這可以幫助人類使用工具穿越太空。
前幾年著名物理學(xué)家霍金曾經(jīng)大力支持的突破攝星計(jì)劃也是以太陽(yáng)帆為基礎(chǔ),希望通過(guò)這種方法達(dá)到20年內(nèi)到達(dá)比鄰星的驚人速度。 據(jù)報(bào)道,它甚至可以使探測(cè)器達(dá)到光速的20%甚至更快。
我們現(xiàn)在知道太陽(yáng)帆是由一種叫做光壓的力提供動(dòng)力的。 由于太陽(yáng)光線不會(huì)停止,太陽(yáng)帆可以繼續(xù)飛行。 為了獲得更大的推力,太陽(yáng)帆必須足夠大,甚至達(dá)到數(shù)百米甚至數(shù)千米的直徑。 幸運(yùn)的是,天體在宇宙中距離很遠(yuǎn),所以不用擔(dān)心太陽(yáng)帆會(huì)撞到什么天體。
銀河系:一個(gè)巨大的“牢籠”,囚禁著人類探索宇宙的夢(mèng)想。 太空探索一直是人類研究宇宙、探索未知的重要途徑之一。 然而,隨著科技的不斷發(fā)展,我們是否有能力離開(kāi)我們的星球,看到銀河系的另一邊呢? 近日,美國(guó)天文學(xué)家模擬了超光速航天器飛出銀河系所需的時(shí)間。 結(jié)果讓我們很失望,因?yàn)榫薮蟮你y河系把我們像一個(gè)“牢籠”一樣困住了,人類可能一輩子都無(wú)法離開(kāi)它! 那么,銀河系有多大呢? 宇宙有多大?
在這篇文章中,我們就來(lái)了解一下。 銀河系:一個(gè)巨大的“籠子” 銀河系是一個(gè)棒狀螺旋星系,看起來(lái)像一個(gè)巨大的橢圓盤。 最新觀測(cè)表明,銀河系的直徑可能達(dá)到10萬(wàn)光年,是一個(gè)巨大的星系。 太陽(yáng)系位于銀河系的中心。 然而,即使使用超光速飛行裝置,到達(dá)太陽(yáng)系邊緣并向外飛行3萬(wàn)光年后,也無(wú)法離開(kāi)銀河系。 這是因?yàn)殂y河系太大了,人類可能永遠(yuǎn)無(wú)法逃離它。
因此,銀河系就像一個(gè)巨大的“牢籠”,困住了人類探索宇宙的夢(mèng)想。 宇宙的大小 宇宙如此浩瀚,浩瀚到我們無(wú)法想象。 目前,人類可觀測(cè)的宇宙范圍在半徑456億光年的球體范圍內(nèi)。 然而,這只是宇宙的一小部分。 宇宙中有數(shù)百億個(gè)星系,每個(gè)星系都有數(shù)百億顆恒星和行星。 人類永遠(yuǎn)無(wú)法完全探索如此巨大的宇宙。 銀河系以外的星系 銀河系只是宇宙中相對(duì)較小的星系。
與鄰近的仙女座星系相比,銀河系更小、質(zhì)量更小。 仙女座系統(tǒng)的大小和質(zhì)量預(yù)計(jì)將是銀河系的兩倍以上。 在仙女座系統(tǒng)的四個(gè)截然不同的旋臂中,恒星系統(tǒng)分布更加密集,也更加活躍。 不過(guò),銀河系對(duì)人類探索有很大幫助。 太陽(yáng)系位于銀河系的獵戶座旋臂內(nèi),為我們觀測(cè)太空提供了良好的條件。 結(jié)論雖然銀河系困住了人類探索宇宙的夢(mèng)想,但我們不能放棄探索宇宙的愿望。
人類應(yīng)該繼續(xù)研發(fā)更先進(jìn)的太空技術(shù)三個(gè)宇宙速度,探索盡可能遠(yuǎn)的地方。 只有不斷的努力和嘗試,我們才能更加深刻地認(rèn)識(shí)宇宙的奧秘,更好地認(rèn)識(shí)自己。 您對(duì)未來(lái)的太空探索有何看法? 歡迎留言分享。 探索太陽(yáng)系:距離太陽(yáng)系邊緣有多遠(yuǎn)? 太陽(yáng)系是人類探索宇宙的起點(diǎn)。 我們發(fā)射探測(cè)器近距離觀測(cè)太陽(yáng)系主要行星并獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。
其中五個(gè)探測(cè)器即將離開(kāi)太陽(yáng)系。 它們是航海者 1 號(hào)、航海者 2 號(hào)、先鋒 10 號(hào)、先鋒 11 號(hào)和新視野號(hào)。 這五個(gè)探測(cè)器都是人類智慧文明的代表。 它們朝著不同的方向行進(jìn),但到目前為止,它們還沒(méi)有真正觸及太陽(yáng)系的邊界。 旅行者一號(hào)和二號(hào)是目前距離地球最遠(yuǎn)的探測(cè)器之一。 他們分別于2012年和2018年到達(dá)太陽(yáng)系大行星帶,到達(dá)外圍區(qū)域。
先鋒 11 號(hào)和新地平線號(hào)分別距離 99 個(gè)天文單位和 40 個(gè)天文單位。 雖然這些探測(cè)器是飛出太陽(yáng)系的,但需要注意的是,它們僅位于柯伊伯帶內(nèi)。 預(yù)計(jì)需要300年的時(shí)間才能完全穿過(guò)這片布滿小行星的區(qū)域,到達(dá)太陽(yáng)系最外層奧爾特云區(qū)域。 。 還需要三萬(wàn)年的時(shí)間,它才能完全飛出太陽(yáng)系。 可見(jiàn),飛出太陽(yáng)系并不是一件容易的事。 人類文明的探測(cè)器距離太陽(yáng)系邊緣有多遠(yuǎn)?
這個(gè)消息對(duì)于很多天文宇宙愛(ài)好者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的打擊,也凸顯了人類在宇宙中的渺小。 但我們不應(yīng)該灰心,因?yàn)轱w出太陽(yáng)系并非不可能。 首先,我們需要解決的是如何擺脫天體的引力。 解決引力問(wèn)題的一種方法是提高宇宙的速度。 一般飛機(jī)或飛行器達(dá)到第一宇宙速度,而衛(wèi)星發(fā)射和航天器則達(dá)到第二宇宙速度。
然而,要逃離太陽(yáng)系的引力,所需的速度超過(guò)了第三宇宙速度,即11.2公里/秒。 這是人類目前所能操作的極限速度,也是我們離開(kāi)太陽(yáng)系所必需的速度。 離開(kāi)太陽(yáng)系可能需要利用彈弓效應(yīng)。 彈弓效應(yīng)是指航天器在接近行星或其他天體時(shí)利用自身重力加速航天器的效應(yīng)。 航海家一號(hào)和二號(hào)利用各行星的引力形成彈弓效應(yīng),逐漸離開(kāi)了太陽(yáng)系。 利用彈弓效應(yīng)可以顯著降低能量消耗并達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。
此外,未來(lái)的太空探索將更多地依賴人工智能和自主導(dǎo)航技術(shù)。 這些技術(shù)使得探測(cè)器能夠自主規(guī)劃飛行路徑,進(jìn)行自主檢測(cè)和采樣,從而減少人為干預(yù)和成本。 例如,歐空局的朱莉婭探測(cè)器可以自主規(guī)劃其飛行軌跡,以避免太陽(yáng)風(fēng)暴等危險(xiǎn)。 總的來(lái)說(shuō),離開(kāi)太陽(yáng)系是一個(gè)艱難的過(guò)程,需要擺脫天體引力、利用彈弓效應(yīng)、依靠人工智能技術(shù)等多種手段。
然而,人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻在不斷進(jìn)步。 我們相信,未來(lái)會(huì)有更多的探索者超越目前的極限,探索更遠(yuǎn)的星際空間。 那么太陽(yáng)系以外的探索對(duì)人類意味著什么呢? 探索宇宙的過(guò)程不僅讓我們對(duì)自己生活的世界有更深入的了解,也為人類未來(lái)的發(fā)展提供了更多的可能性。
比如,我們可以在更廣闊的星際空間尋找其他生命形式,探索新的能源和資源,甚至可以考慮在其他星球上建立人類定居點(diǎn),成為人類擴(kuò)張和進(jìn)化的新起點(diǎn)。 無(wú)論如何,太陽(yáng)系以外的探索是人類追求科學(xué)進(jìn)步的必然選擇。 在我們不斷前行的同時(shí),我們也必須認(rèn)識(shí)到人類在宇宙中的渺小,保持敬畏和謙卑的狀態(tài)。
我們要珍惜現(xiàn)有的探測(cè)器,不斷推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 同時(shí),我們需要更多的人加入到太空探索的行列,共同創(chuàng)造人類的星際夢(mèng)想。 太陽(yáng)系探索還有多遠(yuǎn)? 我們無(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái),但我們相信,只要人類繼續(xù)努力,這個(gè)目標(biāo)一定會(huì)越來(lái)越近。 人類探索銀河系的速度和難度眾所周知。 達(dá)到第二宇宙速度就有可能逃離地球。 然而,為了逃離銀河系,我們需要達(dá)到更快的速度。
銀河系的逃逸速度達(dá)到驚人的537公里/秒,是人類目前探測(cè)器所能達(dá)到的速度的1.7倍。 人類面臨的不僅僅是速度。 時(shí)間也成為一個(gè)障礙,因?yàn)榕c宇宙數(shù)千年的變化相比,我們的生命只有幾十年。 1991年,美國(guó)天文學(xué)家提出了第四宇宙速度的概念,認(rèn)為要逃離銀河系的引力,至少需要達(dá)到宇宙第四速度。 這相當(dāng)于探測(cè)器自身的速度至少需要達(dá)到317公里/秒才能飛出銀河系。
目前人類發(fā)射的速度最快的探測(cè)器是2018年發(fā)射的帕克太陽(yáng)探測(cè)器,其速度已經(jīng)達(dá)到200公里/秒,還有很大的差距。 除了速度之外,時(shí)間也是一個(gè)障礙。 隨著距離的增加,到達(dá)目的地所需的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。 以距離我們最近的比鄰星為例,按照目前的速度,我們需要近170年才能到達(dá)它。 這是我們一生都無(wú)法忍受的。 另外,面對(duì)銀河系巨大的質(zhì)量,我們需要更快的速度來(lái)逃脫引力。