最核心的硬核約束是逃逸速度,不以人類意志為轉移。
在人類現有的認知范圍內,萬有引力定律、能量守恒定律和牛頓運動定律在宇宙中是普遍適用的,這也就衍生出了任何一個天體都有的航天器逃逸速度概念。
可以簡單理解為:在這個速度下,一個航天器擁有的動能終于和它對天體的重力勢能平衡了,動能可以完全轉化為勢能。
再可以簡單理解為:這貨飛出去后,即便被天體引力拖著不斷減速,但它依然能逃到無限遠的地方,速度也變得無限趨近于零。
只要超過逃逸速度,就肯定能永不回頭。
顯而易見,這個逃逸速度跟天體的質量和跟天體的距離有關系。
例如在火星表面,需要5km/s;在地球表面,需要11.2km/s;在木星表面,就需要59.5km/s了。
距離天體越遠,引力越弱,越容易逃離。例如在太陽表面時,需要600km/s;但是在地球附近,由于距離太陽很遠以及地球運動帶來的慣性助力,逃離太陽反而只需要16.7km/s了。
從地球上看到的銀河系一角,已經是無數的恒星(圖源:ESO/Y.Beletsky)
那么,現在看看銀河系。
超級巨無霸!
這貨里面保守估計有1000-4000億個恒星,直徑10-18萬光年。在銀河系中心,大家普遍認為存在著巨大的黑洞。
黑洞的逃逸速度,是超光速。換句話說,連光都逃不出去,只能被困在事件視界內,這也是為什么它叫“黑洞”的原因。如果我們住在銀河系中心附近,就不用想著逃出去了。
幸運的是,太陽系所在的獵戶懸臂距離銀河系中心很遠,我們逃離銀河系反而變得“容易”很多,所謂的從地球出發逃離用的第四宇宙速度,大家認為只有500+km/s。這個數據眾說紛紜,因為大家對銀河系的質量、半徑之類的并沒有精準的認知,但八九不離十。
這意味著我們的航天器達到這個速度之后,把它從地球上向著銀河系外放出去,只要路上不撞到東西(包括直接沖進大天體引力希爾球),就肯定能逃出銀河系。
可是,給一個有一定質量的航天器(哪怕僅有幾噸吧)獲得500km/s的速度增量,現在的人類科技還遠遠做不到。
即便是借助其他大型的恒星引力助力,對于現有的人類而言更是理論而已,因為我們對系內充滿了未知。面對的風險遠遠超過用木星金星的借力,還不如不做。
從第三宇宙速度(逃離太陽系)的16.7km/s,到第四宇宙速度的500km/s,看似只有30多倍的增長。但動能公式告訴我們,航天器的最終動能需求會是速度的平方,也就是1000倍!這些都直接反映到火箭里的一個概念,特征能量C2。
而且目前只能靠火箭來弄,攝星計劃之類的都是幻想,因此實際情況下這個1000倍會進一步增加。因為這也帶來了一個大問題,火箭自己也是重量、也要消耗到巨大的能量啊,更何況最終能量要求是暴增到逃離太陽系的1000倍,自身出發時需要的變化要更多。火箭越重,自己連飛都飛不起來了,還有個毛線用處。
現在人類的火箭極限是什么呢?用我《下一站火星》書里的原話好了,新視野號,
新視野號是人類史上唯五、且最快的逃離太陽系探測器,可悲的是最近20年內人類都沒有新的逃離太陽系任務了(圖源:NASA)
===================
探測器的動能來自火箭,根據動能定理(能量跟速度的平方成正比),探測器 飛得稍遠一點就需要更高的速度逃離,對火箭供能的要求會大幅提升。
一次徹底擺 脫太陽引力的任務對火箭要求極高,目前僅有 2006 年發射的新視野號在離開地球 和太陽時達到并超過這個速度(相對太陽速度在 45 千米 / 秒左右),當時是一個 重達 569 噸的宇宙神 V-551 型火箭全力推送一個 0.478 噸重的探測器。
其他四個目 前能夠脫離太陽系的探測器(1972 年先驅者 10 號和先驅者 11 號,1977 年旅行者 1 號和旅行者 2 號)就要依賴木星等各大行星的“引力助推”才可能實現,甚至新 視野號在飛行途中也受到木星“助推”。
人類歷史上只有的這一個探測器能直接飛出太陽系,代價是569噸火箭全力推0.478噸。
要把最終的速度提升到逃離銀河系、相對新視野號再提升1000倍的動能,顯然是遠遠遠不夠的,人類做不到,連擦個邊都是奢望。
而且即便達到了又如何呢,一旦出發后巨大的引力便會讓航天器迅速減速,旅程實際上在越來越慢。
再以人類史上距離地球最遠的航天器旅行者一號為例,自從1977年發射至今天(2022年2月26日),它已經連續工作45年之久了,旅途遠達驚人的233億千米。
但這個距離,光速僅需要21個半小時就可以走完了,還不到一光天。
而且旅行者的速度還在不斷降低。
就算抵達距離太陽最近的恒星半人馬座,都需要至少數百萬年。
人類歷史才幾千年,幾百萬年太遙遠了。
這還是最近的恒星,銀河系里可是有數千億顆恒星呢。
人類幾十年的壽命,在這種尺度算個啥。
要逃離銀河系,就基本是搞笑了,來自低級文明的奢望。
而最近地球上發生的事情已經告訴我們了;
這個文明,連自己內部的一些小沖突都搞不定,甚至隨時都可能走向自我毀滅。
連最基本的銀河系逃逸速度都搞不定,還隨時可能自己作死,你說肉身能不能逃出去?
人類撐死能發點人類文明的信息向宇宙深處發去,然而也會迅速淹沒在巨大的背景輻射中去了。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.