要飛出太陽系，一定要掌握可控核聚變嗎？其實還有一條捷徑！

2020-10-18 星辰大海種花家

人類從仰望星空開始，就一直嚮往星辰大海，一百多年以來，從理論到實踐，一步步正在變為現實，1957年第一顆衛星被發射上天，1969年人類登上月球，2004年旅行者一號離開了日球層頂，標誌著人類終於踏出狹義上的太陽系！

人類真的飛出太陽系了嗎？

其實殘酷的事實就擺在眼前，廣義太陽半徑接近2光年，旅行者幾萬年也飛不出去！那麼哪裡才是真正的太陽系邊界呢？

太陽系的行星邊界在海王星，之外的已經沒有稱得上是行星的天體，而冥王星也在2006年的國際天文聯合會上被開除出了行星籍，成了外海王星天體中眾多的矮行星的一員，而這個外海王星天體的分布在30-75天文單位內星羅棋布！

此處作為太陽系的邊界其實也挺合理，形成太陽系的邊角料留在了此處，但事實上太陽系還有一個太陽風能到達的最遠位置的範圍，也可以說是太陽所能給予太陽系庇護的最大範圍！這個位置最近大約在94天文單位處，這裡作為太陽系的邊界似乎更合適一些！

但在2000年以後又陸續發現了12顆半長軸超過150天文單位海王星外天體，這些被稱為超海王星外天體讓天文學家頗為尷尬，因為日球層外還有大量天體仍然屬於太陽系，而且從理論上來看，整個形成太陽系的奧爾特雲範圍內都可能有這樣的天體存在，所以奧爾特雲才是真正的太陽系範圍。

整個奧爾特雲半徑高達2光年，所以想讓飛船飛出真正的太陽系，除了無限的等待，就是不斷的提高人類的推進技術！

有哪些技術能讓飛船衝出太陽系？

幾年前一條「「突破攝星」計劃推進！人類將以20%光速衝出太陽系！」的新聞走紅於網絡，說的是霍金主導實施了一個探測比鄰星的計劃，使用的是郵票大小的微型晶片探測器，然後在地球上雷射陣列將其推進到光速的20%，預計將在20年內到達比鄰星。

聽上去非常難誘人，但卻要建設一個有史以來最強大的雷射陣列，成本將高達50~100億美元，顯然這是一筆巨大的投資，從2016年宣布該計劃成行以來並沒有特別好的消息。2020年7月7日在《天文學與天體物理學》上提出了一個比較現實的理論，即使用碳泡沫製造的探測器！

它的密度極低，只有同體積的鋁合金的1/15000，如果用這樣的物質製造一個直徑1米的探測器，那麼它將在現有的技術（太陽帆）下大約在3.9年內到達冥王星軌道，而如果利用帕克探測器（太陽探測器，近日點極度靠近太陽）的位置的太陽帆動力，那麼可以在185年內跨越地球與比鄰星之間的距離，到達最近的恆星！

人類那麼努力，難道就沒有一條捷徑嗎？

一直以來我們的發動機使用的就是作用與反作用原理，也就是說物體的速度與所收到的力是呈正比關係的，當物體的質量一定時，它受到的力越大，那麼前進的速度也越大，到現在為止的所有方法都是不斷增加推力和保持的時間，提高火箭或者飛船的前進速度！

比如從不可控的固體火箭到後來的液體火箭，從早期的擠壓循環到後來的膨脹循環，再到頂級煤油機RD180的高壓分級燃燒循環，再後來化學燃燒已經無法提供更高的比衝，離子推進閃亮登場，但有一點一直都沒有改變過：

無論我們如何改善發動機的推力和持續燃燒的時間，它總是慢吞吞的增加速度，即使我們未來實現核聚變發動機，比衝大到不可思議，仍然無法做到像《星際迷航》中的「進取號」瞬間達到光速的速度！捷徑在哪裡？

2017年《美國物理學會》期刊上的一篇論文提出了一個令人大跌眼鏡的概念，與不斷增加的推力和持續時間不同，它減少的是載荷質量，但和「突破攝星」或者「碳泡沫製造探測器」中不斷減少探測器的質量不同，該論文中的描述是用負質量抵消載荷質量！

也就是說，該方法並不降低密度或者縮小探測器體積，而是按原設計要求，比如幾噸的探測器甚至上百噸甚至數千噸的星際飛船，但同時布置一種叫做負質量的東西，兩者抵消，將質量完全抵消或者無限接近於零！

此時無論多大的推力都能讓飛船以極高的速度前進，當然只能是在人體所受的極限之內！一個比較有趣的操作方式是將人工重力和加速度相配合，在飛船上模擬1：1地球重力的情況，即飛船以一個G的重力加速度前進，那麼它大約在一年左右的時間裡接近光速！

當然光速是無法達到的，因此可以在飛船上一直以一個G的方式加速，然後快到目的地時候再以一個G的速度減速，而最簡單的方式則是路程過半就減速，那麼除了掉頭減速的過程外，全程飛船上稱成員都能在模擬的地球重力下工作與生活。

這種負質量的物質存在嗎？

物質的存在就會對周圍的時空產生彎曲，這是廣義相對論中對於質量與引力的描述，也就是說它有質量的物體有一種相互靠近的趨勢，所以負質量是不是就是天然排斥呢？1998年兩個國際天文團隊發現了宇宙正在以超過此前預計的速度膨脹，而得以發現暗能量的存在！

它在數十億年前開始主導了宇宙的膨脹，它的存在會使物質相互遠離，那麼它是否是這種傳說中的負質量物質呢？當然到現在為止我們除了對它產生斥力以及宇宙中大部分物質都是暗能量外，其他一無所知！

也許解開了暗能量之謎的那天，就是人類飛向星辰大海的那一天！

相關焦點

  • 要飛出太陽系，並非一定要掌握可控核聚變，其實我們還有一條捷徑
    也就是說，「旅行者1號」探測器飛了那麼久，其實連太陽系半徑零頭的零頭都沒有飛到，而它要飛出太陽系，還需要上萬年的時間。所以如果要問人類為什麼無法跨越星際，那麼最直接的答案就是人類無法徵服宇宙中的距離。為什麼會這樣呢？我們一般都會認為這是因為人類缺少強大的能量來源，從而無法為飛行器提供足夠的動力，正因為如此，我們才特別期待可控核聚變技術的成功，因為這種技術可以給我們帶幾乎無限的能量。
  • 要飛出太陽系，一定要掌握可控核聚變嗎？其實還有一條捷徑
    人類真的飛出太陽系了嗎？其實殘酷的事實就擺在眼前，廣義太陽半徑接近2光年，旅行者幾萬年也飛不出去！那麼哪裡才是真正的太陽系邊界呢？此處作為太陽系的邊界其實也挺合理，形成太陽系的邊角料留在了此處，但事實上太陽系還有一個太陽風能到達的最遠位置的範圍
  • 要飛出太陽系，一定要掌握可控核聚變嗎？
    人類真的飛出太陽系了嗎其實殘酷的事實就擺在眼前，廣義太陽半徑接近2光年，旅行者幾萬年也飛不出去！那麼哪裡才是真正的太陽系邊界呢？但事實上太陽系還有一個太陽風能到達的最遠位置的範圍，也可以說是太陽所能給予太陽系庇護的最大範圍！
  • 無法突破可控核聚變就無法飛出太陽系？飛出太陽系或許有捷徑可走
    這一成就看似差強人意，但如果你看看太陽系的範圍，你會發現旅行者1號探測器的旅行距離根本不值得一提。也就是說，&34;已經飛行了很長時間，但它甚至沒有飛到太陽系半徑的一小部分，要飛出太陽系還需要數萬年。所以如果我們想問為什麼人類不能穿越星際，最直接的答案是人類不能徵服宇宙中的距離。為什麼會這樣呢？我們通常認為這是因為這些飛行器都缺乏強大的能源，所以他們不能為飛機提供足夠的動力。正因為如此，我們特別期待受控核聚變技術的成功，因為這項技術可以給我們帶來幾乎無限的能量。
  • 中國可控核聚變技術領先世界,未來依靠核聚變能飛出太陽系嗎?
    那這是不是意味著人類註定要被困在地球上？未來的能源革命有沒有可能改變這個現狀呢？核聚變反應按照目前的科學理論，人類能夠實現的能源最高的利用是可控核聚變反應。要了解可控核聚變之前，我們就得先搞懂核聚變反應。我們都知道，原子是由原子核和核外電子構成的，而原子核又是由質子和中子構成的。所謂的核聚變指的就是原子核的融合，也被稱為核融合。
  • 如果人類掌握了可控氫聚變技術,那我們就可以飛出銀河系麼?
    歡迎大家來到百家號科幻宇宙，今天小編和大家分享的是如果人類掌握了可控氫聚變技術，那我們就可以飛出銀河系麼。現在有很多人是非常關注關於氫聚變的技術，事實上人類早在上個世紀就已經掌握了氫聚變技術，只不過可控的氫聚變技術目前的人類尚未掌握，那麼如果人類掌握了可控氫聚變技術，那我們就可以飛出銀河系麼？其實根據科學家給出的解釋，就算是人類目前掌握了可控氫聚變技術，並且將這一技術運用到航天上，其實對於人類而言，也很難幫助人類飛出太陽系，那就更別說是飛出銀河系了。
  • 人類究竟如何才能飛出銀河系？核聚變可以嗎？答案超乎想像
    很多人都在思考這樣的問題：人類究竟怎麼樣才能飛出太陽系呢？根據目前的尖端科技，結合現實分析，人們初步得到了結果：那就是掌握可控核聚變，因為核聚變的能量可以無限制使用。核聚變能產生大量的能量，例如一升的氘核物質相當於300升汽油燃燒時的熱量，而且氘核物大量存在，特別是海洋中，我們可以在海洋中提取大量的氘核物，據初步統計，所有海洋中的核物能夠供人類使用幾十億年的時間。
  • 掌握可控核聚變能實現什麼?能讓我們走出銀河系嗎?
    但目前人類所掌握的核技術僅僅是核裂變技術，與之相對的核聚變技術在許多方面要更勝一籌。核裂變與核聚變是產生核能的兩種方式，前者是通過不斷分裂原子核來釋放能量，後者是通過不斷結合原子核來產生能量。如果單純從能量轉化方面來看的話，那麼核聚變反應要比核裂變反應高出至少五倍左右。
  • 為什麼要做人工太陽?可控核聚變為什麼是終極能源?
    最近中國科學界可謂捷報連連，嫦娥取土待歸、九章計算出世、可控核聚變也有重大突破，前兩個都談過了，今天就來談一談可控核聚變，俗稱人造太陽，提到核聚變，許多人自然就想到了核裂變，我也簡單說一說。首先澄清這個人工太陽主要是說明這個設施的原理，並不是一個太陽的替代品，畢竟太陽壽命還很長，而且別說地球，即使可以利用整個太陽系也造不出來第二個太陽。
  • 如果可控核聚變實現無限能源,戴森球還有存在的意義嗎?
    在核聚變的過程中可以釋放出大量的能量，並且要比核裂變清潔得多，還有核聚變所需的氚在地球的海水中都可以找到，解決了原料問題。眾所周知，核聚變反應所釋放的能量是巨大的，而可控核聚變也被譽為能源領域的「聖杯」。什麼是可控核聚變？
  • 人類為什麼要研究可控核聚變?
    歡迎大家閱讀本期的鵬楊科普，在前兩天的文章中給大家說了一下人造太陽的事情，其中我們說到了可控核聚變的問題，但我們並沒有談到可控核聚變的用途，沒有說到我們人類為什麼要花這麼大的精力去實現可控核聚變，若是實現了到底能有什麼作用？本期的內容我們就主要來說說可控核聚變的用途。
  • 如果人類實現了可控核聚變,還需要建造戴森球嗎?必需要走的路
    太陽內部的燃燒原理其實就是核聚變反應，因此可控核聚變有著「人造太陽」之稱，是兩個相對比較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的一個過程。核聚變除了能夠釋放出強大的能量之外，它還是一種非常穩定清潔的無汙染能源。
  • 人類有可能飛出太陽系嗎？
    人類有可能飛出太陽系嗎？1957年，人類第一顆人造地球衛星上天，到現在為止，已經半個世紀過去了，從最初初入太空，到如今取得的這些成就，可以說半個世紀人類取得的成就是極其偉大的。1977年，旅行者一號、二號飛船發射，這兩個探測器是目前飛離地球最遠的了，但距離飛出太陽系還有很遠的路程。
  • 人類的可控核聚變時代-如您所想嗎?
    或許在所有人的印象中，可控核聚變就如石油開採一樣，永遠還有五十年，因此被認為這是一個騙局，相比之下可控核聚變的容忍度要高一些，因為普通民眾難以接觸到，但隨著ITER和EAST的不斷突破和大家的逐漸了解，似乎從來都沒有像現在這樣接近過可控核聚變中描述的美好的未來！
  • 科學最前沿的可控核聚變什麼時候能實現
    作者：太空生物學·黃姤在物理學界有個笑話，無論啥時候問科研人員還有多長時間能搞出可控核聚變啊？得到的回答都是應該還有30~40吧，40年前是這個回答，40年後的今天還是這個回答，雖然是這樣但可控核聚變依然是科學的最前沿全力研發的重要主題，因為它對我們來說實在是太重要了，為什麼說目前的可控核聚變研究並沒有那麼樂觀，為什麼可控核聚變非常的難，一旦成功了又意味著什麼。
  • 可控核聚變能用在火箭上嗎?
    可控核聚變能用在火箭上嗎？能否幫助我們人類登上火星？可控核聚變是火星任務返回的關鍵自人類在1961年登上月球，浩浩蕩蕩的阿波羅任務在1972年結束後，我們就把目光投向了太陽系中最有可能存在生命的行星火星，火星也是我們人類下一個最有可能登陸的地外行星，在太陽系中除地球之外的所有行星中，沒有一個星球像火星那樣一直吸引科學家的注意力。
  • 當人類徹底掌握可控核聚變技術後,未來世界會發生什麼變化?
    如果能夠解決核聚變技術，人類將獲得取之不盡用之不竭的新能源。人類點滿核聚變這項劃時代的技術，帶來的影響不亞於前三次工業革命，從此之後再也不用擔心能源短缺問題，就可以把目光投入到太空，將文明的火種撒向整個太陽系。當然，這一天的到來還有點遠，但可控核聚變的技術正在飛速發展中，也許我們有生之年就能夠享受到這項技術穩定發電帶來的便利。我們不妨先了解一下核聚變的相關知識。
  • 人類掌握了可控核裂變,為啥還要艱難開發可控核聚變,有意義嗎?
    原子彈是核裂變不可控的利用，一經激發，就瞬間釋放。在廣島爆炸的原子彈，裝藥只有幾十公斤，卻達到了13000噸TNT炸藥的爆炸威力，這是因為在亞原子層次，在核子的鏈式反應過程中，有0.13%的質量會轉化為能量，質能利用率比煤要高出了400多萬倍，比石油高出了276萬倍。但原子彈的能量釋放一瞬就沒了，而且只能夠起到破壞作用。
  • MIT最新研究進展-可控核聚變這是真的要來了？
    作者：佰思科學 ｜沈東旭 邱亞明我們都知道可控核聚變很重要，如果能邁過這個坎就是人類文明進步的一大步。同時大家也都明白，可控核聚變實現起來很難。就好像譚詠麟永遠25歲一樣，關於可控核聚變有個永遠50年的梗--不管到了什麼時候，你都可以說，可控核聚變還有50年就能實現了。
  • 人類要飛出太陽系 需花費時間將近1萬年
    在宇宙當中，像太陽系這樣的星系也是多不勝數，是我們人類目前來說，連太陽系都走不出去，制約的條件就是速度。目前如果我們想要飛出太陽系的話，需要花費的時間將近在1萬年，這對於人類來說，的確是讓人非常絕望的時間了。科學家們非常的希望能夠突破速度，也就是說能夠讓飛船達到光速，甚至說超越光速的話，我們就可以走出太陽系，去到更大範圍的宇宙，說不定在那個時候也就會實現星際文明。