人类现在的航天技术还在爬行,最终有希望走出银河系吗?
这是一个网络上常常看到的问题,其实这个问题没有答案,只能凭空推论。当然这些推论可以根据科学发展展望,也可以毫无根据的胡说八道。时空通讯今天就和朋友们从科学发展趋势,来说说这个问题。
现在科学观测认为,银河系远远不止原来以为的10万光年这么大,而是有20万光年直径的一个巨大扁平的漩涡星系,盘面看起来像一个风车,或者说像一个台风旋涡云图;侧面看起来像一个田径场上的铁饼,中间厚边缘薄。
银河系中心厚度约为1.2万光年,边缘厚度只有几百光年,平均厚度约为1000光年。这个巨大的风车有四条悬臂,两长两短,我们的家园太阳系就坐落在其中一条较短的猎户臂上,距离银心(银河系中心)约为26000光年。
好了,我们现在已经大致知道了银河系的大小,就可以来看看能否飞出银河系了,或者说怎么飞能更快地飞出去了。
凭着人类现在的航天技术,连太阳系也无法飞出,就更别说银河系了。离开地球最远的人造探测器,飞了快46年,飞出了238亿公里,目前还在以17公里的秒速向太阳系外飞去,按照太阳引力半径约1光年计算,要飞出太阳系还得需要17000多年。
银河系的逃逸速度约为120公里每秒,也就是说要120公里每秒才能抵御银河系核心引力,飞出银河系范围。因此像旅行者1号这样的探测器是无法飞出银河系的,即便能飞出去,也需要数亿年。
现在人类探测器飞得最快的是NASA2017年发射的帕克太阳探测器,目前利用行星和太阳引力提速已经达到了每秒100公里以上,且还在加速,预计到2024年12月份进入太阳日冕层,距离太阳表面只有600万公里时,速度将达到200公里每秒。
这种速度是可以飞出银河系的,如果人类乘坐这种速度的飞船飞出银河系,需要多少年呢?这得看怎么走,怎样就算出了银河系。如果以出了银河系边沿就算飞出去了,那么有几种不同的方向和飞法。
如果顺着盘面飞,我们的坐标在距离银心2.6万光年处,朝着与银心相反的方向飞,按银河系半径10万光年计算,距离银河系边缘就还有约7.4万光年,以每秒200公里速度飞,需要1亿多年才能够飞出这个边缘。
当然如果垂直盘面飞,按照1000光年厚度,如果太阳系在盘面中间,上下就只有500光年。这样飞出去只需要75万年。但这种飞法无论如何也不能算是飞出了银河系,银心对那个边缘的引力还很大,飞行器依然要努力逃逸才能逃脱。
这些速度还只是无人探测器的速度,载人飞船的速度记录至今还停留在上世纪阿波罗登月水平,即最高约每秒10.5公里,而且由于生命支持保障系统限制,载人飞船还无法在太空环境长期航行。
现在飞往火星的探测器速度一般达到第二宇宙速度,每秒11.2公里,实际上在飞行途中利用行星引力弹弓效应加速,可以达到每秒22公里以上。但载人飞船能飞多快,目前还没有定论。钢铁侠马斯克的星舰只说了在近地轨道可达每秒7.5公里,但没说去火星是一个什么速度。
不过网传马斯克又出狂言,要与NASA联合研制光速引擎,未来的飞船1.3秒到月球,13分钟到火星!不过这种还处于牛皮阶段的传言就没必要讨论了,只能寄予美好希望,希望这个科技狂人说的话像他过去吹过的所有牛皮一样,能够实现。
引起社会广泛关注的是NASA正儿八经地发布了开发“核火箭”的消息,就是采用核动力推动火箭,既可以节约航天成本,又能大大缩短到火星的时间。这里没有公布核火箭的速度有多快,只是说会将到达火星的时间缩短到45天。
按照老技术宇航员到火星往返需要500天,采用核火箭技术后只需要90天,这样缩短了5.55倍。如果将这个换算成速度的话,过去飞船平均速度可达每秒22公里,核动力火箭则能够让这个速度达到122公里,已经超过银河系逃逸速度了。
如果这艘飞船能够搭载足够的生命支持和保障物资,适应深空远航的话,飞出银河系横飞竖飞都需要数百万年到上亿年,这样的飞法是不可能实现的,而且任何飞船也无法搭载这么多的生命保障维持物资。
因此,从目前和近几十年可预期的航天技术来看,不但人类无法飞出银河系,就连飞出太阳系也望尘莫及。
不过有一项计划值得一提,就是NASA在美国政府支持下,正在进行的百年星舰工程。这项工程就是在100年内设计建造出能够星际远航的星舰,这艘星舰重达5万吨,采用核聚变作为动力,太空航行速度可达12%的光速,这样以每秒36000的速度飞行。
如果这个计划能够实现的话,乘坐这种星舰飞出太阳系去看一看是没问题的,但要飞出银河系,横飞竖飞也需要数万年乃至数十万年,还是不切实际。人类乘这种星舰旅行只能做好有去无回的打算,而且要在上面传宗接代,而且要实现生命保障维持系统、生态系统的循环利用。
那么人类真的就绝望了?永远也无法飞出银河系了吗?
非也,根据爱因斯坦相对论,有两个理论可以突破光速限制,实现空间快速跨越。我这里把这叫跨越而不是航行或飞越,是因为这两种方式真的不是渐进的飞行,而是短时间跨越时空的鸿沟。
这两种理论就叫时空折叠和虫洞穿越。所谓时空折叠,就是将空间像折纸一样的折叠起来,就像一把折扇,巨大的空间就变成一道坎,一只蚂蚁只要爬过这道坎,就跨越了打开扇面时的那个巨大空间;而虫洞穿越就像火车过穿山隧道,本来打弯子很远的路程,在山腰打个洞穿过去很快就到了。
这两种方式都不是真正速度很快走了很多路,而是利用了“法术”取了巧。从理论上来说,这两种方式的跨越与常规速度比,从到达目的时间来看比光速会快很多倍,无上限。也就是数万光年甚至数亿光年的距离,可以很短时间到达。
实现时空折叠跨越的技术叫做曲速引擎,也叫跳跃引擎或超光速引擎,在强大能量或负能量驱动下,制造出弯曲的时空,并在飞船周围制造出正常时空的“气泡”,让飞船能够以快于光速几个数量级速度跨越不同时空,又能安全回避时间膨胀等相对论问题。
虫洞又叫爱因斯坦~罗森桥或时空隧道,这个理论认为在巨大引力场作用下,宇宙中存在着这种时空隧道,未来也有可能人为制造这种时空隧道,并能够维持虫洞两端开口的稳定,就能安全的穿越到遥远的另一个时空。
这两项技术虽然比光速快很多倍到达目的地,但并不违反光速极限理论。如果实现了这两项技术,人类穿越银河系,甚至到更远的其他星系去旅行考察就不在话下了。
但这两个理论或技术目前都还处于理论研究和猜想阶段,或者说科幻阶段,虽然有不少科学家扬言已经进入了技术可行性研究和试验,但何时能够成功还没有一个预期。
那么,这些目前处于科幻的技术真的能够实现吗?
我觉得有可能。因为人类目前的认知还处于很低级阶段,随着科学发现和研究的不断深化,人们对宇宙自然的认知肯定会有新的突破,那时候,人类文明将上升到新的层次。那时,不但科学技术能制造匪夷所思的机器,就是人类个体本身也将发生颠覆性改变,如不再以脆弱的肉体方式生存,寿命超长等。
因此我相信,人类只要自己不作死,不要相互屠戮而是合作共赢,并与环境和谐共存,能够长久的绵延下去,就会有走出银河系的那一天。这一天或许是百年千年之后,也或许需要一万年。对此,各位怎么看?欢迎讨论。
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