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作為人類,抵達其他太陽系不在我們的能力範圍嗎?


2021年3月22日 - c20小編 天文在線 
   
天文在線

問:想像一下,如果人類花了兩千多年才到達太空,那麼我們要花多久才能到達另一個太陽系呢?

答:現階段技術的最高時速約為17,600英里/小時(約28,300公里/小時),這意味著一架太空梭大約需要165,000年才能到達半人馬座阿爾法星。

那麼兩個旅行者號會怎麼樣呢?對於1977年發射的兩個無人駕駛的航天探測器——旅行者一號和旅行者二號,他們正在離開我們的太陽系。旅行者號的目的地並不是半人馬座阿爾法星,但如果是的話,他們要花費數十萬年的時間才能到達那裡。」「美國國家航空航天局的「新視野號」飛船以36373英里/小時(58,536公里/小時的速度飛行。如果「新視野號」是針對半人馬座阿爾法星系,那麼它將需要大約78,000

才能到達。

「除非人類能夠發現一種方法可以繞過物理學定律(這不太可能),無論我們多麼想去那裡,宇宙中的其他部分都超過了我們的生命。如果真的要到達,你需要用某種方式使人類永生,排除厭倦,並且有能力供養照顧他們幾千年才能實現。」

曲速引擎?



  

聽起來很熟悉?1994年,墨西哥物理學家米格爾·阿爾庫比爾提出,可以通過扭曲時空來實現比光速更快的移動,如上圖所示。

我猜測他一直在讀他的《星際迷航》。根據內存測試(曲速引擎),曲速引擎是通過扭曲時空起作用的,簡單地說,曲速引擎,可以同時選擇快於或者慢於星際飛船,甚至是他自己快於光速。具體而言,時空是在飛船前收縮的,並且在飛船後擴展的。星際飛船本身就在兩個時空扭曲之間,就像待在一個曲速的泡泡里一樣。這個已經扭曲的空間,連同它裡面的區域,以一個「翹曲速度」加速,然後在這個因為畸變產生的時空內產生一種波。

如果人抵達這一空間就需要花費人類兩千餘年,那麼值得我們思考的是,到達另一個太陽系需要花費的時間尺度是多少呢?

當然這也取決於你是在說有人駕駛或者無人駕駛。讓我們思考無人駕駛的情況,這裡有兩個瓶頸阻止我們實現這一假設就是光速的1%,首先是基礎知識。我們現在最好的解決方式就是離子推進器,但其運作需要大量的電力。如果我們可以設計一個混合型太陽能/核能探測器(說明:太陽能,用於初始脈動以及到達目的地後的減速;核能放射性同位素熱點發生機,用於在太陽能電池板幾乎沒有用武之地的時候保持電子或通信能夠持續運作)。

我們需要大量的太陽能電池板。因為即使以國際空間站太陽能電池板的標準來配置,對於這個目標來說也太少了;我們也需要兆瓦級的電能。大約100米x 100米的太陽能電池板以25%的效率也僅僅在初始能產生一小部分兆瓦級的能力。因為它的供能情況與離太陽的遠近程度有關。(離太陽系行星越近它的供能越多)

除此以外,我們還需要高能離子推進器。我們現在最大程度上能以50㎞/s的速度行進(大約是光速的1/6000)。我們需要達到的排氣速度是大型強電子對撞機。(因為大的強電子對撞機能加速其質子運動)這個高速度距離光速只差幾米每秒。

其實能否使這樣一個能以每秒只噴射出一千或者一百萬質子(質量很小,無法用克這一單位衡量)的高能離子推進器實現,並不重要,重要的是能否使這些質子以LHC(大型強電子對撞機)的速度噴射出去。從1/6000光速上升到99.99999的光速變化,這一非相對論動能增加了約3600萬倍。如果加上6930洛倫茲係數,每單位排量約是光速的1/6000的250百萬倍,是更加高效的。



  

所以在離子推進器中的一千克推進物將在發揮的作用,與新視野探測器中中2.5億公斤或者250千噸的推進物發揮的作用效果是等同的。不過探測器當然更重一些。問題是探測器可能因為太陽能板重幾十噸,所有的強力磁鐵作為推進物質至少需要占有四分之一的質量。他必須在太空中組裝,或者需要一個大型火箭猜呢不過作為一個整體發射。甚至可能是計劃中的SpaceX巨型助推火箭。因為像這樣的探測器無法自行提升軌道。用上所有的推進物都需要幾年的時間。這無論如何都是大型的工程挑戰,而非理論物理學所能解決的。

然而我也無法確保這樣的探測器能否把拍下的照片並發送到距離它4光年以外的地方。所以我認為在我們成功發射無人探測器(能夠拍攝照片並進行詳細的廣譜/溫度分析)以尋找適宜人類居住的行星之前,我們探討把人類送到其他太陽系的話題是沒有任何意義的。

一步一個腳印最好,我們站在人類的視角上思考,火星是我們當下唯一的也是實際的探測目標。

3.原文來自:https://www.quora.com/If-it-has-taken-humanity-2000-plus-years-to-reach-space-how-long-will-it-take-for-us-to-reach-another-solar-system

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