当赛马在草原上飞驰,它们能触及的最高速度大约是80公里每小时。赛车在赛道上疾驰时,其速度可达到惊人的400公里每小时。然而,这与喷气式飞机在空中飞翔的速度相比,仍然显得微不足道,其速度约为1600公里每小时。航天飞机在绕行地球时的速度更是高达27000公里每小时。而在人类制造的物体中,速度之最非新地平线号探测器莫属,它在前往冥王星的旅途中,速度高达82000公里每小时。
但真正的速度之王,却是无处不在、无时不有的光。光速是所有已知速度的极限,大约为30万公里每秒,换算成小时则是10.8亿公里。尽管这一速度令人咋舌,但光速并非一成不变。例如,在洛杉矶和纽约之间来回一次仅需4000公里,而光速则能在一秒钟内往返近75次这两地。
然而,尽管光速如此之快,但它在宇宙中的传播依然需要时间。例如,我们所见的太阳其实是8分钟之前的太阳。如果太阳在此刻爆炸,我们仍然能够享受8分钟的阳光。但一旦光到达我们的眼睛,一切便成定局。
在广袤的宇宙中,天体之间的距离使得光的传播变得漫长。例如,我们所见的遥远恒星可能距我们数光年之遥,而星系间的距离更是以数十亿光年计。因此,每当我们凝望夜空,所见之物都是过去的历史。我们所见到的数百万光年外的物体,实际上是它们在数百万年前的面貌。
例如,当一颗恒星在50亿光年外爆炸时,我们需要等待50亿年才能看到这一幕。这意味着,在地球形成时的47亿年前,那颗恒星早已不复存在,而我们现在才得以通过望远镜目睹这一场景。这为科学家们研究宇宙的发展提供了宝贵的线索。
尽管我们不断地追求速度的极限,但在浩瀚的宇宙中,我们的速度依旧渺小。要想探索太阳系的遥远角落,乃至走出太阳系,我们必须发展全新的技术,以找到新的途径。
航天技术的发展,为我们提供了探索太空的途径。航天员能够安全登陆月球,得益于速度的保障。而宇宙飞船前往火星,同样依赖于速度。尽管如此,由于行星间的距离过于遥远,我们仍需数年时间才能抵达。要想快速访问外行星,我们需要速度更快的宇宙飞船。
数十年前,人类将宇航员送入太空的科技,至今仍与之相似。这些火箭通过燃烧燃料来推动宇宙飞船穿越大气层,进入太空。为了将航天飞机送入轨道,所需的燃料重量是宇宙飞船本身的20倍,需要燃烧超过300万磅的燃料,才能将航天飞机推上数百公里的高空。可以想象,要将宇宙飞船送往数百万甚至数十亿公里远的地方,需要的燃料量是惊人的。
我们已经成功地将宇宙飞船送往外太阳系,但这一过程耗费了长达十年的时间。为了使宇宙飞船更快地抵达目标,我们需要新的技术,如太阳帆。太阳帆能够将阳光转化为速度,它像一艘没有风也能航行的船,通过收集太阳发出的微小光粒子——光子,将太阳能转化为速度。由于太空中几乎没有摩擦力,少量的光子动量转移可以持续累积,从而提升宇宙飞船的速度。使用太阳帆,我们可能只需两年就能抵达冥王星,这大大缩短了探索的时间。
对于载人宇宙飞船如何快速前往更远的目的地,科学家们正在研究新的推进技术。例如,磁电浆火箭能够通过排放超热电浆,并利用磁场产生推力,从而实现高速飞行。由于电浆中的原子运动速度极快,通过磁铁将它们排成一线并射出,就能产生足够的推力。科学家们相信,这种技术能够使我们更频繁地往返于火星等行星,甚至在30天内抵达火星。然而,目前这种技术仍在研发之中。
尽管人类在速度领域取得了长足进步,无论是跑步速度、汽车速度还是计算机处理速度,我们仍然需要寻求新的技术,以满足探索太空的需求。在宇宙尺度上,我们目前的速度仍然显得过于缓慢。即使是在银河系内部,我们需要的速度也远远超出现有技术所能达到的范围。
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