以人類目前最先進的航天科技水平,飛往1光年外的星球需要多久?

2020-11-22 優美生態環境保衛者

這個問題乍一看上去像是一道數學運算題,計算方法很簡單,就是用一光年的距離,除以目前最先進太空飛行器的飛行速度,就可以得出到達一光年外星球所需要的時間。然而,問題沒有想像得那樣簡單,要解釋這個問題,還真不是一兩句就能說明白的,這裡面有幾個關鍵的概念需要再解釋說明一下。

第一:一光年的地方是否有可以飛去的星球

人類對宇宙包括太陽系的認知,是隨著科學技術水平的不斷提升特別是天文觀測技術的持續進步而逐漸拓展和深入的,從最早期人們對「天圓地方」的理解,到地心說、日心說,再到銀河系模型的確立,以及後來星系團概念的逐級提升,直至可觀測宇宙的範圍,人類對宇宙的博大和人類的渺小這種巨大的反差對比愈來愈震撼。

從人類的視角來看,太陽系或許就非常龐大了,但即使與銀河系相比,也是非常微不足道的。至於太陽系的範圍,近現代以來也是一直沒有明確的定論,也是根據科學技術的發展和觀測手段的提升而不斷拓展的,從最初發現的金木水火土五大行星引申出土星是太陽系的邊界,然後遠日行星的發現,將太陽系行星的邊界一直向外延伸,天王星、海王星、冥王星(後來被踢出太陽系行星隊伍,降級為矮行星)持續刷新著太陽系範圍的紀錄。

接下來,柯伊伯帶的發現,一度使人們認為這一區域就是太陽系的邊界,這裡擁有數量眾多的小行星和冰晶態物質。不過,科學家們在對進入太陽系的一些長周期彗星的研究中,逐漸發現這些彗星應該發源於距離太陽更遠的區域,因此最終,科學家們太陽的有效引力範圍這視為太陽系的邊界,處在太陽系最外圍的是奧爾特星雲,與太陽的距離處在5000-10萬天文單位之間,即0.08-1.6光年。而該區域中沒有任何其它恆星,也沒有大型的行星,只有少量的微型巖質小行星,其餘的都是由水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳等冰晶混合物構成的奧爾特雲天體。

因此,嚴格意義上來看,在與地球距離1光年的地方,是基本上沒有可供太空飛行器降落的星球的。距離地球最近的恆星係為4.2光年外的比鄰星,那裡已經發現有行星存在,不過不適宜人類宜居,如果純粹的想讓太空飛行器抵達,理論上只要攜帶足夠的燃料是可以在行星上面登陸的。

第二:光速或者亞光速條件下的時間膨脹問題

根據愛因斯坦的狹義相對論,物體的運動速度,在不同的慣性參照系內,對時間和空間變化的影響結果是不一樣的。如果以相對靜止的觀測者角度測量的物體運動速度為U,運動物體本身的慣性參照系與觀測者所在的慣性參照系之間的相對運動速度為V,那麼二者有一個對應關係式:V/U=1+(1-V^2/C^2)^(1/2),而兩個參照系內時間的流逝程度之比為:T』/T=(1-V^2/C^2)^(1/2),上述兩個關係式中C代表的是光速。

這也就意味著物體的運動速度越快,其在觀測者角度來看所經歷的時間間隔就會越短,雖然兩個參照系中的時間是獨立的。這也就相當於,如果我們能夠看到一個處於光速運動的飛船,那麼裡面的人的動作在人眼中是停滯狀態的,感覺像是處於光速運動的飛船所經歷的時間被拉長了一樣,這就是所謂的時間膨脹效應。

同時,如果我們考慮狹義相對論下的空間尺縮效應,那麼對於光速飛船所在的參照繫上,無論多遠的距離,都將無限地被壓縮,都會瞬間到達。這就是人們習慣進行的光速旅行設想,當一個人以光速旅行一段距離再回到地球以後,地球上已經過了許多年,而這個人感覺就像是剛經歷了一個瞬間的主要原因。

所以,即使真的實現以光速或者亞光速飛行,特別是實現載人飛行,那麼就必須將這種膨脹效應考慮進去,也就是充分考慮兩種慣性參照系所帶來的時間差,如果飛行目的地距離地球非常遙遠,那麼實施飛行的太空人即使再回來,原先地球的一切都將發生翻天覆地的變化。另外,在光速或者亞光速飛行時,所有與地球間的信息反饋和傳輸,都將有非常嚴重的延遲,這也註定了這些太空人必將經歷無比「孤獨」的旅行生涯。

第三,現有技術能否實現光速或者亞光速飛行

從目前的科技水平看來,如果以液氫和液氧作為燃料,以化學能量轉化的方式為火箭發射提供能源,理論上所能提供的最高速度僅僅為25公裡每秒左右,這還是加上了地球的自轉和公轉速度的換算結果,但是實際上,受到火箭自重、燃燒能量轉化效率等方面的影響,從地球上發射的火箭的最高速度,也僅能達到15公裡每秒左右,這個速度距離能夠逃逸太陽系的第三宇宙速度還有一定的距離。

實際上,當距離太陽越遠,脫離太陽系引力的最低速度就會越小,比如目前的旅行者1號的平均淨速度只有17公裡每秒,已經處在距離太陽220億公裡的區域,以這個速度脫離太陽系的引力束縛完全不成問題,只不過這個速度距離光速或者亞光速差距實在是太大了,即使飛離太陽系外圍的奧爾特星雲也還需要至少2萬年的時間

從目前掌握的太空飛行器加速方案來看,除了常規的化學能源外,還有引力彈弓效應、等離子體加速、光輻射等,不過引力彈弓效應可遇不可求,僅靠一兩個星體的加速,其效果並不十分明顯,雖然可以一定程度上大大提升速度極限,但受到星體質量和引力效應上限的影響,想達到亞光速是不可能的。等離子體加速雖然理論上可以使太空飛行器速度達到200公裡每秒以上,但這種方式還處於理論和實驗階段,即使成功之後對太空飛行器的加速只能達到千分之一光速,如果到達1光年外的區域,也得需要1000年。光輻射目前也只停留在理論階段,受到光輻射能量密度的限制,也只能應用到微型探測儀器的發射和加速方面。

當然,可控核聚變是目前科學界正在加快推動研究的一項技術,一旦成功,必將對能源應用領域產生革命性的發展,屆時太空飛行器以可控核聚變技術為核心,理論上可以將太空飛行器的速度提升到光速的3%左右,雖然距離光速甚至亞光速仍有非常大的差距,但至少在近距離的深空探測上,為人類足跡的延伸提供了可行性。

相關焦點

  • 以目前人類最高的航天科技水平,飛往一光年外的星球需要多久?
    在現實中地球1光年之外沒有任何星球,只有冰冷的奧爾特星雲,偶爾會有幾顆彗星穿過。距離地球最近的恆星是4光年之外的比鄰星,在那裡人類已經發現了行星。一光年的距離從宇宙的尺度來講這只是一段非常小的距離,但是對於人類來講這是一段非常遙遠的距離。
  • 目前人類最快的飛行器,飛往1光年外需要多久?來看看!
    目前人類最快的飛行器,飛往1光年外需要多久?來看看!光年是距離的單位,這意味著1光年等於光在一年中行進的距離。在真空中,光的傳播速度約為每秒300,000公裡,一光年就是為9.46萬億公裡。現在最快的人造飛行器是美國太空旅行者1號太空探測器,遠程探測器旅行者一號於1977年發射,目前的飛行速度約為每秒17公裡,每年飛行大約3.6個天文單位。旅行者一號已經在宇宙中航行了40多年,離我們這個星球上已有140個天文單位,大約19個光時,或210億公裡。與一光年為9.46萬億公裡相比,這個距離是不值一提的,所以旅行者需要多長時間才能飛到1光年之外?
  • 以目前的科技,人類到達1光年以外的地方,需要多久
    二戰以後,美國和蘇聯開始了探索太空的腳步,競爭相當激烈,也正因為競爭激烈,人類的航天事業取得了豐碩的成果。在這一時期,產生了多項航天史上的第一,飛行器第一次進入太空,第一次帶動物進入太空,第一次載人進入太空,第一個人造地球衛星,第一個宇宙空間站,第一次也是唯一一次登月等等。
  • 抵達1400光年外的「克卜勒-452b」需要多久?一瞬間,或者1400年
    抵達1400光年外的「克卜勒-452b」需要多久?一瞬間,或者1400年我們知道科學家之前在1400光年外的地方,發現了一顆和地球的環境非常相似的星球,這顆星球被科學家們命名為「克卜勒-452b」。於是許多人紛紛產生了將來能夠「星際移民」的幻想,在未來太陽系走向滅亡的時候,人類能夠避免自身滅絕的命運,抵達宇宙當中1400光年外的遙遠星系,繼續繁衍生息。那麼這個1400光年的距離,說實話對於人類目前的科技水平來說,確實是個不可抵達的「天文數字」。那麼假如有一天人類能夠實現光速飛行,那麼人類要用多久的時間,才能夠抵達呢?今天小編就來和大家聊一聊這個話題。
  • 人類目前最快的飛行器,飛到距離地球6光年的超級地球需要多久?
    隨著科學技術的發展,人類對自然世界和宇宙空間的認知水平逐步提升,為了更有針對性、更加系統和直接地了解地外空間的環境狀態及其演化規律,科學家從上世紀50年代起就開啟了向太空發射探測器的序幕,其中以探測地外生命的存在基礎和生命形態為主要內容的宇宙生命科學工程,成為眾多太空探測器的重點任務之一。
  • 以人類目前最快的飛行器,飛往距離太陽最近的恆星,需要多久?
    速度一直都是阻礙人類發展的巨大障礙。探測器要想擺脫地球的引力,速度必須要達到第二宇宙速度(11.2千米每秒)。而探測器要想從地球軌道往太陽系外飛,速度都必須要達到第三宇宙速度(16.7千米每秒)。帕克探測器是人類發射的飛行速度最快的探測器,該探測器在近日點的速度最高曾達到192千米每秒,不過連光速的千分之一都不到。
  • 以人類目前最快的飛行器,飛往距離地球最近的恆星,需要多久?
         在向太陽系外飛行的探測器中,新視野號應該是目前飛行速度最快的探測器,其在太空中飛行時最快速度曾達到21千米每秒。地球距離太陽1.5億公裡,光從太陽表面到達地球就需要8分多鐘。太陽系的半徑估計有一光年(1光年等於94600億公裡)。根據推測,海王星及柯伊伯帶天體之外應該還存在奧爾特雲,而一光年之外就完完全全是恆星際空間。
  • 人類目前最快的飛行器速度是多少?飛行多久才能抵達1光年以外?
    你知道人類目前最快的飛行器速度是多少嗎?飛行多久才能抵達1光年以外?1光年是表示以光的速度飛行一年的距離。 你知道以人類目前最快的飛行器飛行多久才能飛1光年嗎?
  • 人類飛往一光年之外的星球需要多久?或長或短,答案你意想不到
    當然要說距離我們最近的恆星可能會稍微遠一點了,在4.22光年之外的比鄰星,1977年發射的旅行者一號,它未來可能就會飛臨這顆恆星。因為宇宙非常大,經過138億年的減速再加速膨脹,目前的可觀測宇宙直徑已經達到了930億光年,因此需要更大的距離單位,天文單位、光年、秒差距等就應運而生了。光年顧名思義,就是光在真空中飛行一年的距離。
  • 一光年相當多少公裡?如果人類步行一光年,需要多久能完成
    對於人類來說,米和公裡已經足夠用來衡量地球上任何兩個地方之間的距離,畢竟地球的體積有限。但如果想要對宇宙中兩顆星球的距離進行衡量,用米和公裡顯然很不方便,否則兩顆跨星系的行星之間的距離需要一串長長的數字來描述。因此天文學家很早就提出了光年這個概念,將其用于衡量天文距離,方便科學家們的研究。
  • 一光年相當多少公裡?如果人類步行一光年,需要多久能完成?
    但如果想要對宇宙中兩顆星球的距離進行衡量,用米和公裡顯然很不方便,否則兩顆跨星系的行星之間的距離需要一串長長的數字來描述。因此天文學家很早就提出了光年這個概念,將其用于衡量天文距離,方便科學家們的研究。所謂的光年,顧名思義就是光用一年時間傳播的距離,我們會發現很多天文消息中用到的單位要麼是光年,要麼是天文單位。
  • 飛往5500萬光年外的M87黑洞要多久?愛因斯坦說只需35年
    ,那麼下面就用嘗試用我們日常生活中的常識去形容5500萬光年究竟有多遠,想來想去,那就用人類最快的飛行器飛完5500萬光年需要多少時間來形容吧,那麼如果人類駕駛著自己製造的最快的飛行器飛往5500萬光年之外的M87星系黑洞,需要多長時間呢?
  • 旅行者一號,正在飛往6光年外的「超級地球」
    眾所周知,旅行者一號是目前人類飛的最遠的人造飛行器,自1977年9月5日在佛羅裡達發射升空以來,通過行星引力彈弓效應加速,已經飛行了長達220億千米,成為了第一個穿越日球層,進入星際介質的飛行器。目前正以17千米每秒的速度向太陽系外飛去,雖然旅行者一號是如今人類飛的最遠的人造飛行器,但並非是最快的。最快的而是,2018年發射的帕克號太陽探測器,飛行速度超過每秒95千米,最高的時候可達200千米每秒,儘管他只能保持很短的時間。但仍然是人類迄今為止太空飛行器速度的巔峰,那麼如果以如此高的速度,飛到6光年外的超級地球將需要多久呢?
  • 人類現在最快的飛行器到達6光年的超級地球需要多久
    有人就躍躍欲試了,不斷的問飛到那裡要多久,很想去旅遊一番的樣子。下面時空通訊就來與大家一起分析一下到那裡去的可行性。要回答這個問題,我們首先得弄清什麼是光年。光年是距離單位,是光走一年的時間。科學界把光年的一年時間定為一個儒略年,為365.25天。
  • 世界上最快太空探測器飛往比鄰星需要多少時間?答案結果令人吃驚
    這些行星中很多是我們人類未來潛在的家園。我們的目光隨著天文望遠鏡看到了幾千幾萬甚至上千萬光年外的世界。但是我們仍然駐足於地球,不曾遠離。目前人類到過地球之外的星球只有月球。雖然我們還沒有能力遠行,但是我們的一些無人太空探測器可以飛得很遠,替人類探測遙遠的宇宙世界。
  • 人類目前最快的飛行器,飛到距離地球6光年的超級地球需要多長時間?
    隨著科學技術的發展,人類對自然世界和宇宙空間的認知水平逐步提升,為了更有針對性、更加系統和直接地了解地外空間的環境狀態及其演化規律,科學家從上世紀50年代起就開啟了向太空發射探測器的序幕,其中以探測地外生命的存在基礎和生命形態為主要內容的宇宙生命科學工程,成為眾多太空探測器的重點任務之一。
  • 為了保證基因多樣性,你猜殖民外星球需要多少人
    但是,在太陽系裡並沒有一個類似地球這樣的地方,因此我們只能到太陽系外尋找另外的宜居星球。目前科學家發現,這樣的星球可能有5個:距離地球27光年的獵犬座的黃矮星,距離地球42光年的仙女座恆星,更遠些的金屬元素含量約為太陽一半的天鶴座恆星,以及天蠍座18和飛馬座51.
  • 1光年到底遠到什麼程度?走1光年需要多久?
    有的人會認為,1光年其實並不遠,連續走幾十年就能走完;有的人認為一光年很遙遠,即使窮盡一生也無法走完。那麼1光年到底有多遠呢?徒步走要走多久呢?    要弄清楚這個問題首先得知道光年是什麼?    光年是長度單位而不是時間單位,顧名思義就是以光速傳播一年的距離。
  • 以人類最快的速度到達一光年外需要多久?
    這個話題中我們需要來確認兩個數據,一是一光年到底是多遠,二則是人類最快的速度到底是多快?廢話就不多說了,用數據來說話!一、一光年到底是多遠?那麼一光年就是很簡單的乘法了:1ly=299792458×31557600=9460730472580800米二、人類最快的速度是多少?
  • 人類最快的飛行器是哪個?要多久才能走完一光年?有點超乎想像
    大家好,我是小猩猩 我們人類出現在地球上已經有數百萬年的歷史,經過漫長歲月的發展,我們人類當前的科技已經取得了長足的發展。以前,我們一般在丈量長度時,會使用米、公裡、英尺、英寸、英裡等單位,不過隨著科技的發展,我們發現宇宙之大,超乎想像,用這些單位似乎已經難以來衡量宇宙空間的距離。