在古时候,古人们驾着一种叫做“鼓车”的马车丈量世界,马车走到哪里,地图就画到哪里。在古人的眼中,天和地都是没有边际的,于是有了“不知天高地厚”的说法。相传大禹治水成功后,就命人丈量四方土地,最后把绘制好的地图绘制在夏禹的九鼎上,这可能也是古代中国有关地图最早的记载了。
到了现在,人类的眼光早已不局限于“天高地厚”,更是完成了古人自古以来“飞天”的梦想。但是当我们真的走出地球,才发现是宇宙如此浩瀚,而地球又是如此渺小,想要了解宇宙,人类仿佛又回到了那个古人用马车丈量世界的时代。
探索宇宙
我国著名科学家钱学森就曾说过,人类的宇宙探索可以分为两个阶段,第一步是人类冲出地球的大气层,在地球所在的太阳系范围内活动;而第二步自然就是走出太阳系,到达太阳系以外的银河系,甚至更遥远的宇宙中去。只不过按照人类现在的科学水平,第一步都还只是刚刚起步。
人类想要探索宇宙并不容易,从1957年前苏联第一颗人造卫星发射,到现在各类空间探测器的发射,虽然“旅行者1号”已经到达太阳系边缘,但是人类本身也只是在大半个世纪前登上了月球,从此没有再向更远的地方迈出过一步。
想要到达更远的星球上,甚至在太阳系内自由航行,以人类目前的科技还远远达不到。事实上,太阳系是非常广阔的,仅以太阳本身的引力范围计算,太阳系的半径就达到了大约150亿公里。由此可见,人类想要正真的离开太阳系,还有很长的一段路要走。
速度与能量
人类想要在太空自由航行,首先面临的就有两大难题,速度与能源。
首先是速度,人类目前所能达到的最大速度是美国发射的“太阳神”号探测器,其速度是每秒70公里。虽然这个速度在我们现在看来已经非常快了,但与整个宇宙的距离相比,简直就比蜗牛的速度还要慢。以太阳系为例,按照现在人类的最快速度,在不考虑太阳引力对飞船速度衰减的情况下,想要飞出太阳系需要67500小时,约合7年8个月。
但是如果人类的速度能达到光速,那么这个时间将大大缩短。还是以太阳系为例,虽然太阳系的半径有150亿公里,但是换算成光年也只有0.0015光年。也就是说,如果我们以光速飞离太阳系,只需要半天就能离开太阳系了。当然,太阳系也只是宇宙中沙粒一般的存在,整个可观测宇宙的半径大约有450亿光年。想离开我们现在看到的宇宙,就算以光速不停飞行也需要450亿年。但是如果我们能达到光速,仅仅是在太阳系以及太阳系附近的星系自由航行完全是没有问题的。
接下来是能量,在太空中航行的宇宙飞船必须携带充足的燃料,以保证它们在远离地球以后还有足够的能量返回地球。其实在1924年的时候,前苏联航天学家齐奥尔科夫斯基提出过,用巨大的太阳能接收器来接收太阳能为飞船提供能量的设想。虽然这个设想最终没有被运用到宇宙飞船上,但是成为了今天制造“太阳帆”的基础。
但是光靠太阳的能量航行也存在着极大的风险,因为在太阳长期高温高热的辐射下,太阳能接收器很容易融化并燃烧。再加上宇宙飞船高速飞行本身就会产生巨大的热量,这让飞行中的宇宙飞船很可能就变成了一个巨大的高速运动的火球。而且宇宙飞船距离太阳越远,接收到了太阳辐射越小,很可能刚到太阳系的边缘就飞不动了。
如果没有一个持续不断的能源来提供能量,仅靠宇宙飞船有限的空间储存能量是远远达不到星际航行要求的。而且星际航行的时间漫长,宇宙飞船上的宇航员本身也需要补充能量,没有食物来源,一旦飞船上的能源消耗殆尽,回不到地球的宇航员就只能活活饿死了。
根据爱因斯坦的相对论,物体的所有能量都包含在静止的质量中。一旦这个物体开始运动,这个物体会产生动能,运动中产生的能量就会加到质量上。也就是说,物体速度越快,质量就会越大。当这个物体的速度无限接近光速的时候,物体的质量也会趋向于无限大,需要无限多的能量。所以,任何物体的运动速度都不可能达到光速。
以现在的科学技术,人类想要制造出达到光速的宇宙飞船根本就是不可能的。虽然我们总是幻想着地球以外的宇宙是什么样的景色,但是人类是否能离开太阳系都还是未知之数,更不要说在整个星辰大海中遨游了。
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