人類飛出太陽系,必須解決速度瓶頸問題,時間還要多久?

2020-12-05 時空通訊

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

常有人質疑和擔憂,人類最終能夠飛出太陽系嗎?我認為這是無需質疑的,肯定能飛出,只是怎麼飛出什麼時候飛出的問題。

首先我們確定一下太陽系的範圍。

距離太陽最遠的行星是海王星,約30個天文單位,在這之外有一個柯伊伯帶,有很多冰質小行星,矮行星冥王星就在這一帶,也就是距離30~50個天文單位之間,一個天文單位約1.5億千米,就是45~75億千米之間。過去人們一般把這個地方當做太陽系邊界,這裡就是太陽系以外了。

但現在科學界普遍認為,太陽系應該以奧爾特雲帶為邊界,這個以太陽為中心的半徑約1光年左右,這是太陽引力影響半徑,在這個範圍到柯伊伯帶之間,存在著數以萬億計的彗星,是彗星的孕育和聚集之地。

已經向太陽系外飛去的無人探測器有4艘。

這4艘探測器都是NASA(美國航空航天局)上世紀七十年代發射的,它們是旅行者1號、2號,先驅者10號、11號。其中旅行者1號飛得最遠,已經距離我們225億千米多。這艘1977年發射升空的行星探測器,已經在太空飛行了43年,早就完成了行星探測任務,帶著地球和人類的坐標信息,向銀河系中心飛去。NASA接收到的信息是它早就飛出了太陽風頂層,接收到了來自宇宙空間而非太陽的帶電粒子,因此被確定為進入了星際空間。

現在,它由於電力即將耗盡,已經關閉了絕大部分設備儀器,人類只能夠接受到它簡單的信息。到了2025年,旅行者1號將耗盡最後一點電力,地球將再也接受不到它的任何信息,它將脫離人類的視線,完全依靠慣性往銀河系中心飛去。

但如果以奧爾特雲邊際1光年為界,要飛出太陽1光年引力範圍,以它現在每秒17km的速度,還需要17000多年。至於人類17000年後是什麼樣子,現在無法知道,總不至於滅絕了吧。這種飛法雖然也能飛出太陽系,但畢竟只是無人探測器,應該不算人類飛出太陽系吧。

那麼載人飛船能飛出太陽系嗎?

現在載人飛船最遠到達的地方還只是月球,那裡距離我們只有40萬千米左右,從太陽系來說,還只能是在家門口。人類正在計劃飛到火星去,這個目標將會在2033年左右實現。火星距離我們最近時約6000萬千米左右,最遠時約4億千米。

這與太陽系1光年半徑約9.46萬億千米的範圍差距還是太大了,4億千米只是1光年的1/23650。那麼人類有可能載人飛出太陽系嗎?我認為有,完全有可能,這個時間需要100年。

首先必須要突破現在的速度限制。目前人造天體的速度早已經不止旅行者1號每秒17千米的速度了、NASA發射的朱諾號木星探測器曾經創下每秒70多千米的速度;而現在正在太陽近距離探測的帕克號恆星探測器已經達到每秒100千米以上的速度;在2024年當帕克號到達太陽最近距離只有600萬千米時,將創下每秒約200千米的速度。

這種速度飛出太陽系1光年半徑,就比旅行者1號快多了,只需要1500年。但這樣,人類還需要在飛船上度過幾十代人的時光,是不現實的。必須有更快的速度,人類才能夠真正的飛出太陽系。

那麼人類能夠突破速度瓶頸嗎?

我相信能。這種速度目前還處於半科幻的籌劃階段。除了一些過於科幻色彩的項目,比如通過曲速引擎進行時空摺疊,比如蟲洞穿越等,比較接地氣的是「百年星艦」計劃。這是NASA和DARPA(美國國防部高級研究計劃局)2010年提出的一個計劃,這個計劃在2012年獲得當時的總統比爾·柯林頓支持。

2012年9月13日,「百年星艦」計劃在休斯敦舉行了研討會,宣布正式啟動。這個計劃的主要內容是動員全球富豪,籌集100億美元,在100年內研製出一艘5萬噸級星艦,用可控核聚變或更先進能源為動力,巡航速度達到12%光速,載人飛出太陽系。

一度時期,這個計劃炒得沸沸揚揚,甚至宣稱選好了第一任艦長,她就是黑人女太空人梅·傑米森。但這位時年55歲的太空人,到了百年星艦建成時還能夠健在嗎?這一直是我疑惑不解之處,從而對這個計劃是否真能夠實現產生了很大不確定性。

但如果星艦計劃真的能夠成功,人類以光速12%的速度往外飛,飛出1光年範圍的太陽系只需要不到10年時間。這樣,只要一代人到太陽系外溜一圈,甚至到比鄰星4.3光年的地方溜一圈就不是不可能了。

所以,我希望這個計劃不是空穴來風,依然在緊鑼密鼓的進行。有消息說火星計劃也是這個計劃的一部分,這個計劃第一站就是火星,或許在那裡進行適應性訓練後,才會飛往更遠的深空。

除了克服速度瓶頸,人類要進入深空,還要解決長期生存保障問題。

在深空星艦上,人類生活與地面生活完全不一樣,特別是如何解決長期的食物、飲水、氧氣問題,以及解決宇宙高能輻射問題,是目前必須攻克的難題。這些,在科技發展已經進入快車道的今天,我想是能夠解決的。

因此我完全相信,人類能夠飛出太陽系,飛到附近的恆星系統,但要實現這個目標至少需要100~200年。這樣很可能我們這一代人是沒法看到這一天的,我們的後代或後代的後代可以見證這一天。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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