宇宙吧 关注:759,519贴子:6,244,527

如果不计成本,人类能飞出太阳系吗

只看楼主收藏回复

在本吧,我经常看到一个问题:人类到底能否飞出太阳系?大家为此争论不休。其实,通过一些简单的计算就能回答很多问题。


1楼2019-10-10 16:50回复
    首要的前提就是“不计成本”,因为考虑成本的情况下,人类到达的最远地方不过40万公里,踏足火星都还遥遥无期。当然,“不计成本”不代表要什么有什么,而是说如果全人类都把飞出太阳系当成头等大事来做,就像阿波罗登月那样。
    让我们先从最基本的探测器说起。目前正在飞出太阳系的探测器包括两个先锋号,两个旅行者号,一个新视野号。它们目前的速度在20km/s左右,虽然速度还会降低,但下降得已经很缓慢了,而且要考虑到这些探测器设计的首要目标都不是尽快飞出太阳系,而是探索行星和卫星。可以认为,以目前技术,20km/s的速度可以轻易达到。那么以这个速度要多长时间才能探索外世界呢?
    比邻星离我们4光年,飞到那里需要6万年。而且比邻星是一颗红矮星,还和另外两颗恒星组成三合星,不适合人类生存。我们还得把目光放远点。太阳周围12.5光年内,一共有33颗恒星,其中有一些和太阳类似。那么飞船要多久才能飞12.5光年呢?18.7万年。是不是已经泄气了?别急。


    2楼2019-10-10 16:58
    收起回复
      太阳系半径好像一光年吧,光要走一年,人类估计目前的科技是不行的


      IP属地:江苏3楼2019-10-10 17:14
      收起回复
        20km/s的速度的确太慢,不适合去外世界,但人类现有的技术就可以达到远比它快的速度。比如离子喷射引擎,它的比冲比氢氧引擎高10倍,而且还有提升空间。虽然离子引擎的动量极小,只能吹动一张纸,但并不表示它不能做大。离子引擎的主要问题是能量来源,如果采用核裂变反应堆的话,那么离子引擎推动的探测器有望达到1000km/s的速度。这还仅仅是利用现有的,已经应用过的技术(包括太空核裂变反应堆,有怀疑的请搜索苏联的核卫星)。
        那么以这个速度能飞到哪里呢?很遗憾,时间还是很吓人的:需要1200年飞到比邻星,3700年飞到12光年以内的任意星系,3000万年飞到银河系的任何角落!
        很失望对吧?“有生之年是没希望看到了”。的确如此。但人类作为一个整体呢?智人是很年轻的物种,诞生至今不过20万年。而包括猴,猿和人的灵长目存在了4000万年。而鸟类已经存在了1亿年,恐龙称霸地球超过1亿年。从这个角度来看,如果人类能够持续维持的话,那么扩散到银河系的所有角落是没有任何问题的。


        4楼2019-10-10 17:15
        收起回复
          当然,人们还是希望能更快探索外世界。接下来就要运用一点设想了。一个问题:假如飞船持续以一倍重力加速度加速,那么多久可以加速到0.1倍光速?答案是300万秒,大约35天,也就是1个月。没想到吧,一个月时间就可以加速到3万公里每秒了。这个速度下相对论效应依旧微乎其微,可以放心地采用简单的牛顿公式。
          那么问题来了:1 飞船能飞这么快吗?2 以这个速度要多久才能到达别的星系?
          第一个问题的答案是:能,不过需要一些技术革新。化石燃料是不用想了,前面说的核裂变,还有激光,太阳帆等也没戏。唯一的可能是核聚变。利用核聚变产生极高速度的射流,从而持续推进太空船。和大家想象得相反,核聚变推进的难度其实低于核聚变发电,因为并不需要长久控制上亿度的等离子体,就让它高速喷出去就行。要解决的问题是如何不断引燃核聚变,因为核聚变是不可自持的。但这些还是属于技术问题,虽然我不敢打保票说一定能解决,但是在不计成本的情况下,成功的可能性很大。


          5楼2019-10-10 17:25
          收起回复
            那么以0.1c(0.1倍光速)需要多久到达别的星系呢?这是非常简单的数学题,大家很容易就能算出来:40年到达比邻星,120年到达附近33颗恒星的任意一颗,100万年到达银河系的任何角落。
            同样,“有生之年是没希望看到了”,但对于人类来说,这个意义很重大。8亿年后,当太阳热到蒸干地球上所有水分时,人类需要严肃地考虑离开地球,如果那时还有人类的话。以0.1c的速度,可以在数十颗恒星里选一颗,并用百余年的时间到达。然后用百余年的时间殖民这个星球,然后再次出发。在200万年内,人类将会到达银河系的每个角落,并在所有可殖民的星球殖民。200万年时间并不长,人类制造第一把石器就是在250万年前。也就是说,人类花了200万年制造石斧,再用200万年征服银河系。


            6楼2019-10-10 17:39
            收起回复
              由此可见,以现有的科学,略微超越现有的技术,外加全球人类不计成本的投入,人类就有可能在百年内探索别的星系,并在数百万年内殖民整个银河系。从单个人的角度,这时间显然是长得不可思议,但从人类物种的角度,这个时间很短暂。从地球的角度,这根本就是一瞬间。
              那么问题来了,从统计角度,人类显然不会是银河系第一个智慧生物,也没理由认为所有智慧生物和人类在同一时间诞生。既然用200万年或3000万年(后者完全用现有技术就能达到)就能殖民整个银河系,那为什么我们没看到外星人?难道外世界文明只能发展几千年或几万年,在向宇宙扩散前就自行灭亡了?如果是这样,那可真是大不幸。


              7楼2019-10-10 17:45
              收起回复
                呃,有些想法颇有意思,不仅氏投入成本,单纯技术实践上困难多多啊。。。
                1、不可控的聚变堆上太空,这个当前没上太空做实验,可行否存疑。。。
                2、裂变堆上太空推进,已有相关前置技术,原则上氏可行的,如果真能达到1000km/s,很令人鼓舞。
                但氏要造能工作几千年的飞船,要解决的问题太多。现在的太空飞行噐,只能持续工作几十年。。。
                3、假定已能造能稳定工作三千年的机噐,哪怕氏航行一千二百年去往邻星,当今人类寿命吃不消,需要基因工程再进步很多,配合人工智能大发展,再结合世代飞船的思路,才能送人去太阳的邻近恒星系。
                。。。
                想来想去,还氏坑太多,实行太难。。。先花几百年,把太阳系内的航行和科考搞定再说吧。。。


                IP属地:湖南8楼2019-10-10 18:24
                收起回复
                  现在人类探索太空发射的探测器都是需要利用星体的引力弹弓来实现,如果想要让人飞出去,那需要的东西就多了,不是说绝对做不到,只不过必死的单程票而已。


                  IP属地:山东来自Android客户端9楼2019-10-10 19:29
                  收起回复
                    不计成本飞出太阳系,只能靠流浪地球了,一艘飞船的话,燃料消耗不起。
                    但是,人类到现在还没有搞清楚,引力是如何形成的机理,以及人工制造引力的方法,流浪星空是根本不可能的。
                    在宇宙中高速航行,而又没有引力的保护是非常危险的。


                    IP属地:浙江12楼2019-10-10 22:18
                    收起回复
                      楼主的文章写的特别好!学习了很多!特别是关于核聚变推进的部分!你很棒!但是我们为什么一定要去其它的星球殖民?如果我们具有那么高的科技能力,应该可以制造出大型太空城,宇宙中有很多材料可供利用,不比移居其它行星更好?所以其它高等外星文明,不一定有兴趣跑来地球殖民,尽管历史上可能有多种外星人到访过地球了。给大家推荐一本书<星际探险:地火星球狩猎场>,清华大学出版社出版,一艘宇宙飞船环游考察银河系,给人类寻找新生存空间,来到一个生命星球,海底有各种各样的外星生物,进化出“海底人”(当然形态和人类完全不一样),在这里发现了古代外星文明的遗迹,男女主人公在探险中还发生了美好的爱情,读完让人感受到宇宙的宏伟神秘和美好。


                      IP属地:黑龙江来自Android客户端13楼2019-10-10 22:23
                      收起回复
                        现在人类探索太空发射的探测器都是需要利用星体的引力弹弓来实现,如果想要让人飞出去,那需要的东西就多了,不是说绝对做不到,只不过必死的单程票而已。


                        来自Android客户端17楼2019-10-11 02:34
                        回复
                          不错不错👍


                          来自iPhone客户端18楼2019-10-11 02:54
                          回复