到比鄰星要多久,人類何時(shí)能去那個(gè)三體世界一觀?
發(fā)布時(shí)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(shí)中的三體世界在哪里,會(huì)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(duì)那里充滿了興趣,天文學(xué)家們一直在持續(xù)不斷的對(duì)那里進(jìn)行了觀測(cè),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(shí)際上,現(xiàn)在用最大最強(qiáng)的天文望遠(yuǎn)鏡,也只能看到這顆紅矮星昏暗的亮點(diǎn),更別說看到比恒星小十?dāng)?shù)萬倍的行星了。現(xiàn)在對(duì)比鄰星及其行星的了解,是通過觀測(cè)其光譜變化,科學(xué)分析和建模得到的,還只是一個(gè)假設(shè)和猜想,要真正證實(shí)這個(gè)三體世界的樣子,還得要派出探測(cè)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(shù),對(duì)于這種恒星際尺度還是可望不可即。那么人類何時(shí)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(cè)器飛行最遠(yuǎn)的叫旅行者1號(hào),這艘由美國NASA于上世紀(jì)70年代發(fā)射的探測(cè)器,在太空孤獨(dú)的飄蕩了45年,現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)距離我們238億公里的太陽系外圍,前幾年就飛越了太陽風(fēng)頂層,接觸到了太空星際等離子體,可以說已經(jīng)進(jìn)入了星際空間。

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

旅行者1號(hào)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(cè)器為帕克太陽探測(cè)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(dá)到每秒100公里以上,到2024年12月底,帕克探測(cè)器將在距離太陽僅600萬公里的高溫日冕中掠過,屆時(shí)速度將達(dá)到每秒200公里。

如果造一艘這種速度的探測(cè)器飛往比鄰星,需要1500年。

而且,這些探測(cè)器都是無人探測(cè)器,如果要改成載人宇宙飛船,還有許多無法克服的難關(guān),如動(dòng)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(jié)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(shí)候有條件前往比鄰星呢?

人類的足跡目前還只到達(dá)過距我們平均約38.4萬公里的月球,無人探測(cè)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(yuǎn)的無人探測(cè)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(diǎn)距離與比鄰星4.22光年距離完全不是一個(gè)數(shù)量級(jí)。

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(jì)劃來看,大概需要100年。

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

這個(gè)計(jì)劃的關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)整體重達(dá)5萬噸,由核聚變能源驅(qū)動(dòng),能達(dá)到12%光速的速度在太空飛行;更激進(jìn)的研究計(jì)劃認(rèn)為,星艦最終的速度要達(dá)到四分之一光速。

如果達(dá)到光速的12%,前往比鄰星也需要至少35年時(shí)間,如果探險(xiǎn)者出發(fā)時(shí)是20歲,回來時(shí)至少也有90歲了;如果達(dá)到光速四分之一,到比鄰星就只需要16年多點(diǎn),來回有40年就足夠了,這樣一個(gè)20歲的探險(xiǎn)者前往比鄰星回來后,年齡才60歲,還是正當(dāng)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(dān)心在這種高速飛船中時(shí)間膨脹效應(yīng),會(huì)不會(huì)回來后物是人非呢?

這種擔(dān)憂是多余的,因?yàn)闀r(shí)間膨脹效應(yīng)在非常接近光速時(shí)才顯現(xiàn)得很明顯,25%光速時(shí)間膨脹效應(yīng)只有約1.03倍,也就是說,飛船中的人比地球人時(shí)間會(huì)慢3%,這樣4.22光年距離來回探險(xiǎn)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(huì)比乘坐25%光速飛船的探險(xiǎn)者們老了1歲,這點(diǎn)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(huì)對(duì)人的面貌影響更大。

百年星艦計(jì)劃獲得時(shí)任美國總統(tǒng)克林頓的支持,于2012年9月13日正式啟動(dòng)。后來,這項(xiàng)計(jì)劃還沸沸揚(yáng)揚(yáng)了一陣子,飛船想象圖和首任船長(zhǎng)都出臺(tái)了,但近年來卻鮮有消息,是在低調(diào)秘密的進(jìn)行,還是擱淺了,不得而知。

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

那么,只有百年星艦計(jì)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(dòng)的載人深空遠(yuǎn)航長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃,如果能夠成功,人類很可能將在本世紀(jì)末飛出太陽系,飛向半人馬座的比鄰星。

無人探測(cè)器會(huì)早一些到達(dá)比鄰星嗎?

著名的物理學(xué)家、科普作家霍金在生時(shí),啟動(dòng)了一項(xiàng)叫突破攝星的計(jì)劃,這個(gè)計(jì)劃的核心就是發(fā)射一系列迷你探測(cè)器前往比鄰星。

霍金團(tuán)隊(duì)的設(shè)想是,制造1000艘迷你探測(cè)器,這種探測(cè)器只有指甲蓋大小,是一種質(zhì)量為克級(jí)的晶片,上面安裝有迷你攝影機(jī)、光子推進(jìn)裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)航和通訊設(shè)備。這種探測(cè)器用火箭一次就能發(fā)射1000艘。

當(dāng)火箭將這些探測(cè)器發(fā)射到地球軌道后,探測(cè)器就會(huì)張開巨大的光帆,這時(shí),地球上安裝的高能激光陣列將精準(zhǔn)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(cè)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(dá)比鄰星,拍攝和探測(cè)那里的情況再發(fā)射回來,電波傳遞4.22年就到達(dá)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(jiǎn)單,許多中外科學(xué)家認(rèn)為,這個(gè)計(jì)劃本身實(shí)現(xiàn)的可能性不大。首先,這么小的一艘探測(cè)器,要搭載攝像設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、推進(jìn)裝置、導(dǎo)航和通訊設(shè)備,目前的技術(shù)是難以實(shí)現(xiàn)的;第二,激光推動(dòng)光帆達(dá)到光速的20%,也是天方夜譚,因?yàn)橐獙?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(zhǔn)的導(dǎo)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(cè)器就會(huì)不知所蹤;而這么遠(yuǎn)的距離,通訊傳輸要強(qiáng)大的功能,小小的迷你探測(cè)器上的通訊設(shè)施能做到嗎?

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

而項(xiàng)目的主要發(fā)起人霍金于2018年去世了,之后,突破攝星計(jì)劃鮮有報(bào)道,現(xiàn)在是否還在進(jìn)行,是否有進(jìn)展都不知道了,我想這個(gè)計(jì)劃或許還只是一個(gè)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(shí)間問題?,F(xiàn)在人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了科學(xué)信息爆炸式發(fā)展的時(shí)代,許多科幻正在變成現(xiàn)實(shí)。就在1月24日,美國NASA局長(zhǎng)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(dòng)機(jī)研發(fā)成果,這種發(fā)動(dòng)機(jī)能夠讓宇航員在深空飛得更快,更早到達(dá)目的地。

因此,我認(rèn)為人類前往比鄰星一觀的愿望一定能實(shí)現(xiàn),而且很可能會(huì)在本世紀(jì)末之前實(shí)現(xiàn)。



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