到比鄰星要多久,人類何時能去那個三體世界一觀?
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2023-01-30
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《三體》小說描述的三體世界,是以比鄰星為背景的,那里有三顆太陽,比鄰星是其中最小的一顆,也是距離我們最近的一顆恒星。那里的大致環(huán)境狀況我在上篇文章《現(xiàn)實中的三體世界在哪里,會與科幻小說描述一樣嗎?》已有闡述,這里就不展開說了。

海內(nèi)存知己,天涯若比鄰。從銀河系尺度來看,比鄰星就是我們太陽系最近的鄰居,也將是人類走向恒星際的第一站,由此人們對那里充滿了興趣,天文學家們一直在持續(xù)不斷的對那里進行了觀測,截止到2022年2月份,發(fā)現(xiàn)比鄰星至少有3顆行星相伴,而且在其中的兩顆上可能存在液態(tài)水和生命。

實際上,現(xiàn)在用最大最強的天文望遠鏡,也只能看到這顆紅矮星昏暗的亮點,更別說看到比恒星小十數(shù)萬倍的行星了?,F(xiàn)在對比鄰星及其行星的了解,是通過觀測其光譜變化,科學分析和建模得到的,還只是一個假設和猜想,要真正證實這個三體世界的樣子,還得要派出探測器或載人飛船到那里一觀。

可惜,這顆恒星雖然距離太陽系最近,也有4.22光年,也就是約40萬億公里,憑著人類航天技術,對于這種恒星際尺度還是可望不可即。那么人類何時能夠到比鄰星一觀呢?我們來分析了解一下。

先了解一下目前人類的宇航水平

人類制造發(fā)射的無人探測器飛行最遠的叫旅行者1號,這艘由美國NASA于上世紀70年代發(fā)射的探測器,在太空孤獨的飄蕩了45年,現(xiàn)在已經(jīng)到達距離我們238億公里的太陽系外圍,前幾年就飛越了太陽風頂層,接觸到了太空星際等離子體,可以說已經(jīng)進入了星際空間。

但太陽系的范圍被普遍認為是一個半徑1光年左右的球體,這個球體邊緣包裹著一個彗星外殼,叫奧爾特云。當然這還是假設,而且這個外殼遠沒有人們想象的那么密集,總體是很稀疏的,稀疏到觀測太陽系外的宇宙空間毫無遮擋,探測器想要撞上一顆小行星或彗星比中彩票大獎的概率還要小很多。

旅行者1號目前的速度為每秒約17公里,憑著這樣的速度,要飛出太陽系的奧爾特云帶還需要17600年,要飛到比鄰星需要74000多年。

現(xiàn)在飛行最快的人造探測器為帕克太陽探測器,它依靠行星和太陽引力加速,現(xiàn)在的飛行速度已經(jīng)達到每秒100公里以上,到2024年12月底,帕克探測器將在距離太陽僅600萬公里的高溫日冕中掠過,屆時速度將達到每秒200公里。

如果造一艘這種速度的探測器飛往比鄰星,需要1500年。

而且,這些探測器都是無人探測器,如果要改成載人宇宙飛船,還有許多無法克服的難關,如動力、燃料、生命保障系統(tǒng)等等。即便這些能夠克服,一來一回也需要3000年,這得選拔多少童男童女,在遙遙征途中傳宗接代多少代,才能夠歸來啊。

即便能夠歸來,地球早就物是人非了,誰知道誰啊。

結論:憑著人類現(xiàn)在的航天速度,前往比鄰星考察是完全不可能的。

那么,未來什么時候有條件前往比鄰星呢?

人類的足跡目前還只到達過距我們平均約38.4萬公里的月球,無人探測器已經(jīng)光顧過太陽系所有行星和部分矮行星、小行星,飛得最遠的無人探測器還只有237億公里,如果折算成光年只有0.0025光年。因此,這點距離與比鄰星4.22光年距離完全不是一個數(shù)量級。

人類多久能夠前往比鄰星考察呢?據(jù)目前世界一些航天計劃來看,大概需要100年。

這個讓人類有望飛出太陽系,走向深空的計劃叫“百年星艦”計劃,是老美的NASA(航空航天局)和DARPA(國防部高級研究計劃局)聯(lián)合開發(fā)的一項宇宙探測計劃,目標是在百年內(nèi)讓人類飛躍太陽系,抵達其他恒星系統(tǒng)。

這個計劃的關鍵是要設計制造出一艘適合星際旅行的太空船,網(wǎng)上披露的信息有:星艦設計整體重達5萬噸,由核聚變能源驅動,能達到12%光速的速度在太空飛行;更激進的研究計劃認為,星艦最終的速度要達到四分之一光速。

如果達到光速的12%,前往比鄰星也需要至少35年時間,如果探險者出發(fā)時是20歲,回來時至少也有90歲了;如果達到光速四分之一,到比鄰星就只需要16年多點,來回有40年就足夠了,這樣一個20歲的探險者前往比鄰星回來后,年齡才60歲,還是正當年呢。

因此,只有將飛船速度提升到光速的五分之一以上,加上人類壽命的提升,才能在一代人之間完成一次比鄰星往返之旅。有人擔心在這種高速飛船中時間膨脹效應,會不會回來后物是人非呢?

這種擔憂是多余的,因為時間膨脹效應在非常接近光速時才顯現(xiàn)得很明顯,25%光速時間膨脹效應只有約1.03倍,也就是說,飛船中的人比地球人時間會慢3%,這樣4.22光年距離來回探險者們花了33.76年,地球人過了34.77年。

也就是在地球家園的人們只會比乘坐25%光速飛船的探險者們老了1歲,這點年齡變化在六七十歲的人們基本看不出來,只是由于各自經(jīng)歷的環(huán)境不一樣,會對人的面貌影響更大。

百年星艦計劃獲得時任美國總統(tǒng)克林頓的支持,于2012年9月13日正式啟動。后來,這項計劃還沸沸揚揚了一陣子,飛船想象圖和首任船長都出臺了,但近年來卻鮮有消息,是在低調(diào)秘密的進行,還是擱淺了,不得而知。

此外還有英國上世紀70年代提出的代達羅斯計劃,以及老美提出的獵戶座計劃,都是建造高速飛船或無人探測器,前往比鄰星等附近恒星系統(tǒng)的計劃。前者被認為由后來啟動的百年星艦計劃繼承,后者是采用核彈連環(huán)爆破方式加速探測器,由于資金短缺以及對核彈污染環(huán)境爭議很大而廢棄。

那么,只有百年星艦計劃還沒有正式宣布停滯或失敗,這是世界上迄今為止唯一已經(jīng)啟動的載人深空遠航長遠規(guī)劃,如果能夠成功,人類很可能將在本世紀末飛出太陽系,飛向半人馬座的比鄰星。

無人探測器會早一些到達比鄰星嗎?

著名的物理學家、科普作家霍金在生時,啟動了一項叫突破攝星的計劃,這個計劃的核心就是發(fā)射一系列迷你探測器前往比鄰星。

霍金團隊的設想是,制造1000艘迷你探測器,這種探測器只有指甲蓋大小,是一種質量為克級的晶片,上面安裝有迷你攝影機、光子推進裝置、動力系統(tǒng)、導航和通訊設備。這種探測器用火箭一次就能發(fā)射1000艘。

當火箭將這些探測器發(fā)射到地球軌道后,探測器就會張開巨大的光帆,這時,地球上安裝的高能激光陣列將精準照射光帆,為光帆加速。經(jīng)過間歇性持續(xù)加速,最終將光帆載著的探測器加速到光速的20%,也就是秒速6萬公里。

這樣,只要21年就能到達比鄰星,拍攝和探測那里的情況再發(fā)射回來,電波傳遞4.22年就到達地球,人類就知道那里的基本情況了。

但事情并沒有想象得這么簡單,許多中外科學家認為,這個計劃本身實現(xiàn)的可能性不大。首先,這么小的一艘探測器,要搭載攝像設備、動力系統(tǒng)、推進裝置、導航和通訊設備,目前的技術是難以實現(xiàn)的;第二,激光推動光帆達到光速的20%,也是天方夜譚,因為要將1克物體加速到光速的20%,至少需要400多噸TNT炸藥的能量,地球發(fā)射的激光還要經(jīng)過大氣層的衰減,不可能形成這種能量。

還有,4.22光年距離,需要極為精準的導航和方向調(diào)節(jié)系統(tǒng),失之毫厘謬以千里,稍有差池這些探測器就會不知所蹤;而這么遠的距離,通訊傳輸要強大的功能,小小的迷你探測器上的通訊設施能做到嗎?

即便解決了上述問題,這些探測器到達比鄰星時是不可能剎車的,每秒6萬公里的速度掠過,攝像和探測裝置必須在那電光一閃的瞬間,及時開啟攝像和探測裝置,獲得比鄰星和整個南門二三合星的情況,并發(fā)射回來,能精準做到嗎?

而項目的主要發(fā)起人霍金于2018年去世了,之后,突破攝星計劃鮮有報道,現(xiàn)在是否還在進行,是否有進展都不知道了,我想這個計劃或許還只是一個科幻。

那么,人類到底能否到比鄰星一觀呢?答案是肯定的,只是時間問題?,F(xiàn)在人類社會已經(jīng)進入了科學信息爆炸式發(fā)展的時代,許多科幻正在變成現(xiàn)實。就在1月24日,美國NASA局長比爾·尼爾森宣稱,將在2027年展示未來奔赴火星用的熱核發(fā)動機研發(fā)成果,這種發(fā)動機能夠讓宇航員在深空飛得更快,更早到達目的地。

因此,我認為人類前往比鄰星一觀的愿望一定能實現(xiàn),而且很可能會在本世紀末之前實現(xiàn)。



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