地球是圈養人類的動物園?太陽系有四道墻,人類可能永遠飛不出去

相信不少人在年幼的時候就幻想過未來的人類會如何在星際空間中穿梭,太空中遍布著人類的足跡。

人類能夠去往的地方越來越多,探索眾多星系,如同15世紀的大航海時代。

等等,這樣的幻想是不是太美好了?

我們都知道想要完成星際旅行并不是一件容易的事情,其中需要解決很多問題,如今最快的飛行器飛行速度大概在每小時26.5萬公里。

這看起來很快,但是還遠遠不夠,想要完成星際旅行可能還得穿過太陽系為我們設置的四道墻。

或許不少人不太明白的一點是,星際旅行并不只是速度快那麼簡單,換個角度來講,速度只是最終的決定因素。

但要是連前面的問題都沒有解決的話,別說星際旅行了,就連出太陽系的大門都完成不了。

有人甚至認為,人類可能永遠飛不出去,地球或許就是用來圈養人類的動物園,太陽系困住了人類。

那麼太陽系給人類設置了哪四道墻呢?為什麼會說咱們可能永遠飛不出太陽系?

本文將從太陽系星際空間分布狀態、星際物質等幾個方面來解答這些問題,接下來一起看看飛出太陽系有多難?

從地球出發

從地球出發,我們已經跳過了太陽這個起始點,但從這里開始一直到靠近 海王星軌道 30AU(1AU=1.5億公里)附近,這兒是 柯伊伯帶

或許很多人對這片區域不會太陌生,它們是生命起源的可能點,是原始太陽系留下的遺跡。柯伊伯帶主要由眾多小行星和各種小型天體組成。

柯伊伯帶展示,黃點為太陽

從星際地圖上看上去這里離地球挺遠,但它的影響范圍還是挺大的,不少柯伊伯帶中的小行星是太陽系中幾個大型氣態行星的衛星,例如土衛和海衛。

包括天文學家在后來發現的鬩神星,這片區域為人類揭示了太陽系的總體組成。

想要飛越這里并不容易,科伊伯帶中存在眾多小行星和小型天體,包括一些巖石碎片,還有流浪天體。

這對飛行任務來講有很大的干擾,不過能穿過這里算是打開了太陽系出口。

新視野號的速度為例,它花費了13年左右到達了柯伊伯帶內部。

就這個時間來看,13年的時間似乎不算很長,還能勉強接受。

但想要飛出太陽系還早,這只是第一道墻面。

第二道墻面暫且就把它稱作太陽系的防火墻吧,因為無論從本質還是外形結構來看,它們確實很像一堵墻面。

柯伊伯帶的運動狀態

這是太陽活動的最大范圍,也是太陽幾乎能夠影響的最遠地方。這片區域被稱之為「 日球層」。

它結構看上去比較普通,主要是由太陽活動散發的輻射和能量組成的磁層、天體層和最外層的太陽大氣層。

盡管日球層在結構上并沒有柯伊伯帶那般復雜,但想要穿過這里,可能得使上吃奶的勁兒。

新視野號在紅色箭頭旁

是保護還是枷鎖

從恒星分布狀態來看,它的外形就像一個巨大的泡泡一樣。

氣球層中的氣泡不斷地被太陽散發的等離子體沖擊,然后膨脹變大。

在日球層外部,太陽等離子體讓位于滲透銀河系的星際等離子體也成為了星際磁場的一部分。

本質上來說,這對太陽系的內部行星環境其實是一種 保護作用

日球層能夠保護像地球這樣有生命的類地行星不受宇宙輻射的影響,它大約能夠抵消 70%來自 深層空間的宇宙輻射,例如各種伽馬射線,或者超新星爆炸散發出來的輻射等等。

日球層與星際風的相互作用

這片區域可以把它理解為由太陽風活動形成的一片區域,就像家里的電風扇。

太陽風活動從太陽的起始位置一直延伸到冥王星區域之外,直到遇見終止沖擊,也就是星際介質的外部壓力。

到這里,太陽風的活動才會突然減慢,然后逐漸形成日球層最外緣部分。

這部分區域是「 日鞘」,它的形成來自星際介質產生的終止激波和日球層結合。

激波形成的外緣日鞘

不過,在航海者號飛出太陽風層之前,人類還并不完全知道保護層在需要進行星際旅行會帶來多大的阻力。

這種阻力并不是正面的阻攔,事實上太陽風的散發反而是一種助力。

但是日球層中存在大量太陽散發的等離子體,科學家們將這片區域稱為「 火墻」。

這片火墻才是真正的物理屏障,也是太陽系給人類的第一個考驗。

穿過火墻并不容易

科學家根據航海者號的觀察,發布了相關的論文在 《自然天文學》中。

文中指出, 日球層內的熱等離子體墻的溫度范圍大約在29426℃~49426℃范圍內,而航海者所經過的區域超過了27000℃。

或許有人會好奇航海者為什麼沒有被燒毀,這是因為等離子體要與探測器發生實際碰撞才會出現問題,另一點在于這片區域的等離子體密度并不高。

可如果是星際飛船就不太一樣了,更大的體積,更快的速度,任何一點擦碰都是致命的,如同海洋中的礁石。

航海者號飛行器外形

考慮到航海者2號如此幸運,我們姑且就認可未來的星際飛行能夠避開這些 「太陽等離子礁石」吧。不過到了下一個地帶,就有點糟糕了。

對了,忘了說當初航海者號從地球飛到這里花費了40年的時間。

當然這是老一代的航天探測器,新的航天器肯定會更快一些,我們就假設這個時間能夠縮短10年,這樣一來人類達到日球層已經花費了43年。

真正的星際空間還很遠

「圈養」人類的太陽系

正當人類長舒一口氣時,以為自己來到了深層星際空間,實際上這只是完成了第一步。

經過日球層后,人類將來到 奧爾特星云,這里才是圈養人類的外圍籬笆。

奧爾特云的概念主要是冰冷的小行星云,原始太陽系殘留下來的物質逐漸匯聚在一起,并逐漸組成了奧爾特云。

奧爾特云還會在銀河系施加的潮汐力下形成潮汐效應,整體類似于地月之間的潮汐運動。

歡迎來到奧爾特云地帶

但與地球潮汐不同的是,銀河系帶來的潮汐效應扭曲了太陽系外天體的軌道,盡管這些扭曲作用十分微小,幾乎可以忽略不計。

不過它可以影響到奧爾特云中內部物質的軌道,并使它們更靠近太陽。

從太陽引力對銀河潮汐產生影響的點被稱為「 潮汐截斷半徑」,這部分半徑距離大約在100000~200000AU之間,它同時也標志著奧爾特云的外部邊界。

奧爾特云幾乎包裹著整個太陽系

就目前而言,還沒有人造探測器到達奧爾特云,即便是航海者號飛船也需要300年才能達到這里,想要飛越這片區域大概需要30000年。

不過想必這個時候,探測器肯定和地球失去了聯系,還沒有動力電池能夠讓它們持續工作這麼長的時間。

只有當跨過了奧爾特云,人類才算走出了家門,即便是離我們最近的 半人馬座比鄰星4光年的距離以航海者號飛船的速度進行航行,大約將在 80000年后到達。

鄰居半人馬座比鄰星(Proxima)

所以你看,光是太陽系幾乎就把人類困在了地球上。

既然速度影響著時間,那把速度提升上去,時間不就自然縮短了嗎?

不過事情并沒有這麼簡單,速度是太陽系,應該說是宇宙自然法則給我們留下的 最后一道墻

我們必須要明白的一點是,無論怎樣去看待相對論,人類飛行器永遠也無法達到光速,妄圖借助光速飛行器縮短航行時間是不可能的。

因為越接近光速,物體質量會趨近無限大,燃料需求也會趨近無限大。

然而現代人類技術根本沒辦法突破化學燃料的限制,進入星際空間后也沒有行星能夠讓我們利用引力彈弓來加速飛行。

因此,跨空間飛行幾乎就是不可能的事,或許有人會提到核動力飛船或者其他燃料飛行器。

但這對星際旅行來講,無異于杯水車薪。

總之,太陽系中存在的這四道墻阻礙著人類進行星際旅行。

一時間很難說它是好是壞,因為它在保護太陽系內部行星的同時,也在影響人類未來的發展。

不過未來的變化也沒人能夠說清楚,這一點,只有等待時間去驗證了。

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