时速100公里的汽车,到达火星需要228年,到达冥王星需要6849年在上面开一辆车,车速是100公里/小时。人类要造访这些星球,需要多长时间?
答案是,除非人长生不老,汽车不使用石油或其他能源,否则人的一生很难达到。这只是太阳系。如果是整个宇宙,就算车速是光速也无济于事,因为宇宙实在是太大了。
宇宙的伟大起源起源于140亿年前的大爆炸,随之而来的是无尽的膨胀。人类还停留在太阳系,对于外面的宇宙我们还是陌生人。然而,这并不妨碍人类的思维跃迁到数亿光年的距离。
驾车路过
地球孕育生命,是万物共同的母亲。地球是太阳系中的一颗行星,它不是“独生子”,有七个“兄弟姐妹”和很多“表亲”。如果地球人想去这些相对的星球,开着心爱的车,要多久?相信很多人都想去火星大叔家看看,因为火星大叔家很可能是我们以后搬家的首选。
太阳系各大行星的轨道其实不是圆形的,而是椭圆形的,所以火星离地球最近的距离是5500万公里,最远的距离是400万公里,取中间值2亿公里,然后开着我们心爱的车,以100公里的时速去火星大叔家,日日夜夜行驶,它会需要228年。被称为火星,但其地表温度常年处于-60摄氏度。去火星叔叔家,要像去南极一样准备。
地球在太阳系中排名第三,并不是说它的体积和重量排名第三,而是它与太阳的距离排名第三。地球有一个长得很像的“姐姐”,那就是我们的维纳斯阿姨。金星有一个很洋气的英文名字叫Venus,音译为Venus。距离地球约4050万公里,比火星叔叔还要近一点点。
我们用同样的车,以同样的时速100公里的速度去金星阿姨家拜访,大约需要47年。阿姨在金星的房子和我叔叔在火星的房子完全相反。温室效应严重,地表看不到阳光,大气层是浓稠的二氧化碳,地表温度常年在400度左右。
离太阳最近的是水星叔叔,按照它离太阳的远近,它是哥哥,按照它的大小,它是最小的。虽然名字是水星,但它并不像火星大叔那样名副其实,上面没有一滴水,不仅如此,因为它离太阳太近了,水星大叔家的温度也极高,表面温度超过400度,但是背着太阳的那面却是负180度,真正的冰火两重天。原因是水星没有大气层,完全依靠太阳来确定它的温度。水星距离我们7730万公里,我们开车大约需要114年。
水星结构
剩下的亲戚真的差太远了,每一个都长的很大,可以轻而易举的创造出我们的地球。2006年之前,太阳系共有九颗行星,地球有最小的“兄弟”——冥王星。
不过在那一年,国际天文学会重新定义了这颗行星,冥王星因为质量太小,与它的卫星卡戎形成双星系统符合行星应该清除自己轨道附近物体的规定,它们最终被除名。
九大行星变成了八大行星,冥王星从叔叔变成了表哥。它与地球的距离最近点为47.8亿公里,最远点为75亿公里。全部出现在黑暗中。阳光需要5.5小时才能到达。
因此,我们以每小时100公里的速度驾车去拜访我们的堂兄冥王星,一共花费了6849年。逛完回来需要同样的时间。这一次,一共耗时13000年。
宇宙为什么那么大
冥王星不是太阳系的边界,它在海王星外的柯伊伯带,而柯伊伯带又不是太阳系的最外层,可能有奥尔特外星云。奥尔特星云也只是太阳系的一个疑似边界,其范围未知。
如果把这个范围扩大到宇宙,那么公里这个单位可能就不再适合使用了,因为这个数字会太大,不方便天文学家计算。因此,人们引入了一个长度单位——光年,也就是光在一年内行进的距离。
光是宇宙中速度最快的物质,每秒30万公里,秒杀人类所有车辆,包括那辆时速100公里的破车。如果我们的车能开到这个速度的话,去火星上叔叔家只需要三分钟左右,去冥王星上叔叔家要五个多小时。
为什么宇宙这么大,我们无法用千米来形容?整个宇宙已有140亿年的历史。按照正常的增长速度,我们宇宙的直径应该是140亿光年,这已经是一个巨大的距离了。不过,宇宙还在膨胀,就像把空气抽进橡皮球一样,抽气的速度并不是均匀的,所以宇宙的真实直径约为960亿光年。
宇宙一开始只是一个小点。某一刻,点炸开,然后时空诞生。我们生活的太阳系只有大约46亿年的历史。在它诞生之前,宇宙已经膨胀了100亿年。我们只是非常普通的星系之一。宇宙看地球,就像太阳看人类一样。它们基本上是两种不同的尺寸。
人类最快飞行
2016年7月4日,朱诺号木星探测器借助木星引力完成人造飞行器最快飞行速度,时速26.5万公里每小时。2018年8月12日,帕克太阳探测器发射成功。原计划的最快时速是72万公里/小时,最终没有达到,不过时速也是53.2万公里,成功超越了朱诺号的记录。
朱诺木星探测器
值得注意的是,这两个破纪录的飞船的速度并不是平均速度,而是某一时刻的最大速度,而且都是利用了其他天体的引力。飞行器无法长时间以这种速度飞行,这就是为什么两个航海者探测器都没有离开太阳系的原因。
在地球上,最快的人类创造是北美的X-15飞机,它的最快速度达到了7274公里/小时。不过,X-15系列飞机都是火箭动力试验机,目前还没有投入使用。有人认为它不能算是真正的飞机。在重新服役的飞机中,速度最快的是SR-71“黑鸟”,时速3529公里。从纽约飞到伦敦用时1小时54分56.4秒。
为什么飞机在地球上的速度没有这些太空探测器的一小部分快?探测器是地球上人类用火箭发射的。为什么我们的飞机不能飞到火箭的速度?有人会说因为地球上有引力,而太空没有引力,人类飞行器需要克服引力,而探测器则不需要。不过,火箭发射也是在地球上进行的,同样是克服重力,但是火箭的发射速度可以达到每秒7.6公里。
这是因为火箭在向上飞行,目的地是太空;当飞机水平飞行时,它的目的地是地球上的地方。而火箭能有这么大的速度,是来自于它燃烧的燃料,而这些燃料的重量占了火箭的大部分。但是,因为飞机要兼顾机动性,所以不可能做的那么重,也不可能携带那么多的燃油。
光速是无能为力的
人类最大的梦想就是在宇宙中自由穿梭,就像我们开车去探亲一样,而且不要像走6000多年一样到冥王星。实现星际旅行并不仅仅是达到光速。宇宙的直径是960亿光年。即使达到光的速度,也需要数百亿年的时间。
而且宇宙太大了。其他恒星系统与地球之间的距离通常以光年开始。例如,最近的恒星ProximaCentauri距离我们的地球有4.3光年。如果你开那辆车,估计要几万年才能达到,而我们的飞船就算达到光速,也需要4.3年。别说其他星系了,就是距离地球数亿光年的行星都有。
而且宇宙中有危险,光速也不是完全安全的,如果遇到黑洞,即使飞船的速度达到光速也很难逃离它巨大的引力。根据爱因斯坦的相对论,如果飞船的速度达到光速,周围的时空就会发生扭曲,就会发生我们所说的时间旅行。用于传输信号的电磁波具有与光速相同的速度。离地球越远,传回的时间越长。一旦飞船离地球足够远,就会变得难以联系。在浩瀚的宇宙面前,光速也会变得力不从心。
星际穿越
那么真的就没有别的穿越宇宙的方法了吗?其实是有的,只是目前的人类文明还没有达到掌握它们的地步。宇宙中有一种物质叫做虫洞,它连接着两个不同的空间,甚至可能连接着两个不同的时空。如果人类可以利用虫洞,就可以节省很多时间,至少不需要完全依靠光速飞行。
想象一下,有了虫洞,人类与火星的距离不再遥远。前一秒人类还在地球上,下一秒人类就出现在了火星上。有了虫洞,整个宇宙都将是人类的家园,我们可以自由出入。
还有一个理论上可行的空间折叠技术,像折纸一样,将平面空间对折,每对折一次,距离减半。我们与冥王星的最近距离约为48亿公里。如果用空间折叠技术,对折就是24亿公里,再对折就是12亿公里。减少到汽车可以运行的距离。
到时候你真的可以开着一辆时速100公里的车,从地球到冥王星,只不过这次不再是6849了。对于今天的人类来说,这两个技术还很遥远。也许在未来,真的可以实现,会成为我们太空移民的核心技术。
承认自己的渺小
太空中有很多星星,有的很大,比如星云,直径有几十光年;上面提到的维度,比如太空中的尘埃,直径只有几纳米。这样看来,人类在宇宙中不是最小的存在,但也肯定不是大的存在。
其实宇宙中的物质是很普遍的。比如太阳中含量最多的元素是氢,地球上含量最多的元素也是氢,人体也含有大量的氢。再比如,宇宙中没有氧气,但是氧原子不多,水分子也很多。宇宙对人类来说也是一个巨大的宝库。只要我们肯挖,总能找到我们想要的。
氧原子
人类对于宇宙来说是非常渺小的,但是对于自己来说却是伟大的。我们用自己的血肉之躯创造出可以进入太空的宇宙飞船。人类在太空中用血肉之躯连飞过八颗行星的探测器都是用人血肉之躯设计的。所以我们有理由相信,未来人类将能够在太空中旅行到更远的地方。
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