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人类有可能飞出太阳系吗?
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谢谢邀请!
太阳系是以太阳为中心,太阳以及所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星(由离太阳从近到远的顺序:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。
了解了太阳系,那我们再来准备准备飞出太阳系必须要了解的三大宇宙速度。
第一宇宙速度:航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度,也叫环绕速度,以下记为v1。可以通过如下公式求得:
得
把R=6400km=6400000m,g=9.81m/s2,带入求得v1=7.9公里/秒。但在精确计算中,航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地球对航天器引力比在地面时要略小,故其速度也略小于v1。地球卫星的发生速度就介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间。
第二宇宙速度:当航天器超过第一宇宙速度v1达到一定值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称脱离速度。摆脱地球束缚,就是几乎不受地球引力影响,这与处于离地球无穷远点的位置得情况等价。
而得:计算得:
如金星探测卫星必须超过第二宇宙速度。
第三宇宙速度:从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度,就叫做第三宇宙速度。亦称逃逸速度。
以离太阳表面无穷远处为0势能参考面,则有(不考虑地球引力) (vRE为人造天体对太阳的速度,m为人造天体的质量,R为平均日地距离,M为太阳质量)解得由v地球绕太阳=29.8km/s知v’=42.2-29.8=12.4km/s设R’为地球半径,M’为地球质量又由于发射时必须克服地球引力做功,故由机械能守恒定律有1/2mv1-GM’m/R‘=1/2mv’∵GM’m/R’=1/2mv21(v2为第二宇宙速度)∴1/2mv1-1/2mv21=1/2mv’
解得v=(v21+v’1)1/2=16.7km/s
如:旅行者1号(英语:Voyager 1)是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器。重815千克,于1977年9月5日发射,截止到2018年11月仍然正常运作。所以在现有技术条件下,人类的火箭已经完全可以把航天器送出太阳系。
根据上面的论述,我们可以得出如下结论:人类的航天器已经飞出太阳系了,人类飞出太阳系也是迟早的事情!而且在技术上,现在的火箭达到第三宇宙速度,把人类送出太阳系确实很容易,现在主要的难题不是飞出去,而是如何回得来!而且本人相信人类在本世纪就可以做到。
最后谢谢大家,这里是白说世界,用数学的思维,科学的方法跟大家一起对文化知识追本溯源。原创不易,如果大家对我的观点有不同的想法,请在评论区留言交流;你若关注、我必回应,互关互动!
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感谢@钟铭聊科学 与@星辰大海路上的种花家 邀请,这是一个有趣的问题。
人类是否可以飞出太阳系?未来当然可以!不过这将是一个非常遥远的未来,你我都看不到。不仅如此,甚至你我的孙子的孙子的孙子可能都看不到这一壮举。同时,人类要想完成这一壮举还需要满足许多苛刻的条件。
太阳系有多大?
要想知道咱们能不能飞出太阳系,这是第一个需要了解的问题:它到底有多大?
地球距离太阳最近的时候(近日点)大约是1.47亿公里,最远的时候(远日点)约1.52亿公里,平均轨道半径(半长轴)约1.496亿公里,我们将地球与太阳之间的平均距离1.496亿公里规定为1个天文单位(AU)。这对于人类来说是一个非常遥远的距离,但对于太阳系来说它并不算什么,因为太阳系外围奥尔特云外边缘距离约为100000AU,而太阳的引力场范围大约是2光年(125000AU)!摆脱了太阳的引力才算是真正飞出了太阳系。
(太阳系的范围)
人类的“足迹”到了哪里?
1977年9月5日,NASA发射了一颗深空探测器“旅行者1号”,经过长达42年的飞行,它现在已经到达了距离地球220亿公里的地方,如果换算成天文单位,大约是147.347AU。
旅行者1号以16.9公里/秒的高速航行,它是人类到目前为止速度最快的航空器,并且早在2012年就穿越了日球层来到了充满星际介质的空间,但它距到达太阳系的奥尔特云理论上的内边缘至少还需要300年时间,而穿越奥尔特云则是4万年以后的事了。
(地球很小,太阳系很大)
旅行者1号和2号都是无人探测器,它们依靠核电池供电,或许可以飞得远一些。人类航天员目前为止最远只到过距离地球36万公里的月球表面,更多的时间,我们的宇航员仅在距离地面400公里的国际空间站里活动。富豪们一掷万金,希望飞到高度仅100公里的临近空间窥视地平线。
(国际空间站轨道距地面仅400公里)
人类从事太空旅行的难点究竟在哪里?
上世纪60年代末至70年代初,为了与苏联进行太空争霸,美国倾全国之力开启阿波罗计划,先后6次将12名宇航员送上月球(有些人质疑这一点),之后便偃旗息鼓,给世人留下诸多谜团。其后包括美国和苏联在内的所有国家都没有能力将宇航员送到更远的太空。
载人航天是一项技术极复杂耗资极巨大的系统性科学工程,人们不仅需要研究和攻克一系列技术难题,还需要极其庞大的资金投入。我们为什么要飞出太阳系?到太阳系外做什么?为什么要派人去而不是送探测器去?这些都是必须回答的问题。
(阿波罗11号乘组在地面模拟训练)
当人类认为确有必要将人送上太空,或是去寻找一个新的家园。接下来要解决的问题是确定目的地、花多长时间、送多少人去,以及如何确保这些人能安全到达。这很重要,因为人不是机器,机器可以设定休眠定时唤醒,人是否可以?人维持生命所需要的空气、水、食物以及药品等等生命保障系统,这一切机器都不需要,未来的飞船需要携带多少物资、需要多大的空间来供宇航员们生存?在数万年甚至数十万年的太空旅行中,人如何生存繁衍?这些基础问题都需要解决。
(空间站货仓,堆满了食物、水和生活物品)
人类飞出太阳系,进行太空旅行需要具备哪些条件?
确定目标
我们为什么要从事星际旅行?我们飞出太阳系的目的是什么?如果只是进行太空探索,看看太阳系之外到底有什么,就大可不必派人去,像旅行者1号、2号那样,未来发射一些更强大的无人探测器完全可以达到目的。所以宇航员飞出太阳系的目的只能是进行星际移民,到太阳系之外创造一个新家园、播撒人类文明的种子。
距离太阳系4.2光年外的比邻星b并不是个好去处,因为比邻星是个脾气暴躁的红矮星。更适合人类居住的地方或许是距离太阳系12光年的天仓五(Tau Ceti),目前已知它的大小与太阳相当,有5颗行星,并且其中有2颗处于宜居区内,这里或许是我们更好的归宿。
(天仓5距我们约12光年)
打造飞船
这种飞船也许只在科幻电影里才会出现,因为需要保障若干名宇航员至少数千年的生存与繁衍,所以它至少需要像一座太空城市一样庞大。它也许有500米宽、1000米长,质量超过1000万吨。建造如此巨大的飞船对于今天的人们来说是不可想象的,或许几千年后我们的后代可以做到。
惊人的速度
为了能够尽量缩短太空旅行的时间,飞船需要极快的速度,甚至达到光速的1%(3000公里/秒),这是一个极其惊人的速度。旅行者1号目前的速度是16.9公里/秒,它是通过木星及其它行星的重力辅助(引力弹弓)效应才达到如此快的速度。为了获得更快的速度,缩短飞行时间,825.5千克的旅行者1号需要尽量靠近木星,通过木星的引力作用将它弹射到深空。
(旅行者1号通过木星和土星的引力弹弓获得加速)
旅行者1号能做到的事,我们未来的飞船做不到,它太庞大,任何行星引力的潮汐作用都可以将它撕扯成碎片,更不用说飞船里活生生的宇航员了。星际旅行的飞船需要与行星保持一定的距离,这是飞船的洛希极限。
(旅行者1号引力弹弓)
庞大的能源需求
星际旅行无法依赖太阳能,深空是一个暗淡无光且极度寒冷的地方,所有的飞行器都需要自带电源来为设备进行供电。
旅行者1号、2号各自携带了3组放射性同位素热电发生器(RTG),它们可以在发射初期为航天器提供约470W的电能。因为核电池都具有半衰期,所以电池输出的电能会随着时间的流逝一点点减少。
为了满足太空飞船巨大的能源需求,未来太空旅行需要强大的核聚变发电系统,这或许不是问题。问题是在高速飞行的全程中,能源是得不到补给的,所有的燃料都必须随船携带。同样得不到补给的还有全船人一切的生活所需。
将1吨的物质加速到光速的1%至少需要消耗12.5太瓦小时的能量,10000万吨的飞船需要1.25亿太瓦小时,这大约相当于目前全球年能源消耗量的1000倍。
防护盾
太空旅行充满风险。这里不仅有强烈的太阳辐射、宇宙射线,还有细小的尘埃。较大的碎片极少见,但它们却更具有破坏性,要知道不仅在柯伊伯带有数以亿计的小行星和撞击碎片,在奥尔特云中的冰粒和小天体更是难以计数。它们中的绝大多数都不可探测,但其中任何一个小碎片撞击飞船都将造成灾难性的后果。
(和平号空间站的一个舱段遭到撞击)
为了保证人员和飞船本身的安全,同时又不牺牲飞行速度,未来的星际飞船需要安装先进的防护系统,它不仅可以阻止宇宙射线损害人员健康、破坏电子设备,还要能抵挡强烈的意外撞击。
生命的繁衍与健康保障
人的生存不仅需要水、空气、食物和空间,还需要一套极其复杂的生命保障系统。在飞出太阳系的漫长旅行过程中,人类生存和繁衍的条件比地球上要更为苛刻,失去重力不仅将带来一系列健康问题,使我们的机体退化,狭小的空间还会造成严重的心理障碍,这一切都需要加以解决,而解决这一切同时意味着极高昂的成本。
(国际空间站希望通过男女搭配来缓解宇航员的身心压力)
总结:
我们的太阳系在浩瀚银河中不过是微不足道的一个小光点,但对于人类来说它却是极其巨大。
旅行者1号深空探测器花了42年时间才刚刚飞出日光层,理论上它还需要4万年才能飞出太阳系,未来人类要想进行深空旅行无疑是一项遥远而艰巨的任务。
在太空中旅行将需要获得水、食物、空间、人、建筑材料、能源、运输、通讯、生命支持、模拟重力和辐射防护等等,所有的这一切都需要装进一个庞大的宇宙飞船里,建设这样一个飞船不仅需要极先进的技术,还需要极庞大的资本投资。
总之,它是一艘未来之船,我们所能做的是幻想一下。
幻想很容易,不是吗?
其他网友回答
对于人类有可能飞出太阳系吗之话题,我个人观点认为,人类是不可能飞出太阳系的情况。为什么会这样说呢?因为,原因主要来自于如下三个方面:
其一,宇宙是由数之不尽的恒星及其恒星系所构成的。每个恒星系都是一个独立性的物质周期循环运动的单元实体,犹如宇宙的一个个细胞而独立存在,每个恒星系都能实现本星系物质周期的无限循环运动,实现恒星及其恒星系无限循环的再生,共同来支撑着无边无际无穷无尽宇宙的恒存。
其二,宇宙数之不尽的恒星系,是由宇宙之网所隔离。数之不尽的恒星系屹立在宇宙无限的自然空间,恒星系与恒星系边缘之间,受恒星磁场之同性磁性的影响,会产生同性相斥的磁性现象,会使浩瀚宇宙所有恒星系的边缘之间,形成了呈网状的无尽的缓冲带物理现象,包裹着所有恒星系的外围空间,隔离着每一个恒星系,是宇宙暗物质和暗能量高速度运行的专属网状通道,这条无尽的宇宙通道天体的自然形成,可统称之为:宇宙之网天体现象(即是所谓的“黑洞”现象)。由于每个恒星系中的恒星都有自转运动现象,会牵引着其巨大磁场都进行着同向运动,其星系边缘的磁性运动速度是最快的情况,导致宇宙之网天体之对流和旋涡运动速度超快的自然现象,因而,任何物体一旦进入并会消失得无影无踪,无法穿越。
其三,每个恒星系都是由一颗巨大质量的恒星所掌控。恒星磁场的覆盖范围,就是恒星系的太空间范围,在恒星(太阳)磁场涉足的太空间范围内,是可以通过电磁波发送与接收信号的手段,指挥和控制飞行器到达预定的太空间目标,但一旦超出于恒星(太阳)磁场涉及的范围,飞行器接收的电磁波将会自动屏蔽,完全失去了指挥的控制能力,像是无头苍蝇一样,而使飞行器消失得无影无踪。
鉴于上述三方面原因,因此,我认为,人类是不可能飞出太阳系的情况。不知这样的回答是否准确?!如读者阅后觉得我说的有道理,希给个点赞并关注我,欢迎各位加入相关讨论和学习。宇明于东莞市。(注:原创作品,版权所有,抄袭必究。)
其他网友回答
对于这个问题,“人类有能力、并一定会飞出太阳系”的回答有很多,都是从乐观的角度去观察的,很有道理。而我最近却有了些新的看法。作为无人飞行器,的确很有可能飞出太阳系,但是,人类真的可以做到么?对此,我表示悲观。
01太阳系有多大?
说来好笑,随着科技进步,太阳系的大小不断被增加,并没有确定大小。
截至2019年10月(哈哈):
太阳系包括一个恒星:太阳、8个行星、近500个卫星和至少120万个小行星,还有一些矮行星和彗星。
若以海王星轨道作为太阳系边界,则太阳系直径为60个天文单位。
若以日球层为界,则太阳系直径可达100个天文单位(最薄处)。
若以奥尔特云为界,则太阳系直径有20万天文单位!
所谓“天文单位”指的就是地球到太阳的距离,约1.5亿千米,等于8分钟的光程。
太阳系直径若按20万个天文单位算,大约有30万亿千米,也就是约3光年,半径则约1.5光年。
02如果说无人飞行器,的确可能飞出太阳系
人类目前发射的、到达最远的飞行器是旅行者1号,它已经飞行了40多年,离地球200多亿公里了,但是若要飞出太阳系,还需要约2万年。当然,前提是它不会因为意外而改变方向或是被摧毁。
总体来说,无人飞行器,还是有很大概率能够飞出太阳系,不过我们要等待久一点,耐心一点。
03人类呢?真的可以么?
旅行者号带着渺茫的希望,再经过万年的飞行,就可以离开太阳系。而我们人类呢?真的可以么?
原谅我如此悲观。
人类的科技在不断的发展,自身的能力在不断的增长,自我毁灭的能力也在不断的增长。科技爆炸,带来的可能是文明的毁灭。
人类在作死的路上真是:1万年,太久,只争朝夕!
即使不使用核武器,人类也已经拥有自我毁灭的能力。而且造成这种可能性的原因,正在不断地增多,比如全球最大的核大国那位“特不靠谱”的领导者,比如日益破坏的环境和贫富差距,比如新的疾病。
从理论上讲,人类能用100万年(甚至更少)的时间飞往银河系任何一个星球,那么,外星人只要比人类早进化100万年,现在就应该来到地球了。宇宙已经存在200亿年了,这种情况是必然发生的。
其他网友回答
说一个很残酷的事实,至少在可以预见的未来,人类是无法逃脱太阳系的桎梏的