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人類飛不出太陽系?216億公里外,探測器「告知」令人沮喪的事實
2022/03/13
2022/03/13

深空中的旅行者

自從 旅行者號飛出地球已經有數十年之久,這期間它所完成的任務和回饋的資料給人們帶來了不一樣的認識,展現了一個我們從未見過的宇宙。

人類探索宇宙的欲望是無止境的,浩瀚的太空帶給了我們太多的想象,星際航行、外太空殖民、飛船旅遊等等。許多只有在科幻電影中才能看到的情節似乎隨著旅行者號,以及它後來的探測器讓這種想法變得越來越真實。

太空中的旅行者號

但真是如此嗎?我們人類真的有機會能夠去往星際空間看到不一樣的景色,或者像大航海時代開闢一個新的疆土?這些想法可能都將悉數破滅, 旅行者號飛離地球后,在216億公里外的地方「告知」大家這一十分令人沮喪的事實。

有人會說,先不要這麼悲觀,為什麼不看看情況呢?但事實上,事實不止一個,而且每一個都難以逾越。我們先不討論想要進行星際飛躍是否需要有厲害的飛船,我們直接來看看所要面對的情況。

「旅行者」的運行軌跡

深空裡的阻礙

旅行者號離開最後一顆行星後, 引力彈弓效應自身的推進器使得它能夠 加速前進,不過大家可不要簡單的認為我們太陽系是只是這些行星的存在。實際上, 太陽系的范圍非常遠,而且涵蓋眾多物體和物質。

假設我們現在有一艘飛船,目標是離開太陽系,飛往下個星系。現在飛船啟動出發了,離開了地球, 飛越八大行星後來到了短暫的「無人區」。這裡,是 日球層頂。

日球層頂也被稱作「 太陽風層頂」,對于要穿行太陽系的旅行者來說,必須要面對它。這是 太陽的太陽風因遭遇到星際介質的阻礙而停滯,所形成的一個泡泡圈。

太陽風

再出這個泡泡圈,即便是強烈的太陽風也無法將其大量的星際物質吹散。日球層頂內的邊界則是被稱作 終端震波的地帶,這裡是 太陽風的減速區,也是 最週邊邊界。太陽風所受到的阻礙在這裡回返,這使得 太陽風內的粒子與星際介質發生撞擊,太陽風的速度以 每小時70-150萬英里迅速衰減至亞音速以下。

日球層頂

這種 劇烈的壓縮變化使得這個區域的溫度升高,磁場也發生了變化。這種情況當然也會發生在想要進行飛離的飛船上,大致會表現為動力發生嚴重錯亂,電磁干擾異常嚴重,甚至會損壞相關的電磁設備。

另外,這段終端震波的區域外還有一個 向太陽風相對的方向產生的弓形波,這是 阻礙太陽風前行的原因。同時 它也會作用在飛船上,使飛船動力下降。

太陽風和地球磁場示意

這兩者之間的「膜」還會因為星際物質和日球層頂邊緣作用,形成一堵 由氫氣組成的氫氣牆,由于隨時都在發生反應,這裡的 氫氣牆溫度非常高。

另外, 太陽風裡還包含一些發射出的微粒物質,這些微粒在遭遇到星際物質時也會受到減速,同時聚集在日球層頂附近,這些積累下來的能量會造成衝激波給飛船帶來一些不利影響。

太陽風

接下來的漫長旅程

如果你像旅行者號,幸運地渡過了這個危險的地帶,那麼接下來你將進入另外一個階段,這個階段將會是一個比較漫長的過程。

奧爾特雲,這裡是太陽系的一個特殊地帶,行星引力開始在這裡減弱, 奧爾特雲是行星之後形成的。它是原始星盤在行星建立後,大約46億年前初步形成。

奧爾特雲離我們有多遠?

目前學術界認為這裡是 太陽和其兄弟恒星分離時形成的物質交換物這些物質最初在離太陽比較近的地方合併。隨著天體的吸積和碰撞,這種融合速度開始減慢,消耗開始超過供應, 奧爾特雲在形成後的8億年達到頂峰。

奧爾特雲最明顯的一個地方在于,由于這是以前太陽系形成的一個「試驗場」,所以這裡 殘留了許多物質,其中不少都變成了彗星和一些矮行星

奧爾特雲

奧爾特雲的范圍隨著星系的構成變得逐漸巨大,現在它的范圍已經遠遠超過當初的規模,以太陽系的行星距離來算, 兩個海王星到太陽的距離仍不及奧爾特雲的千分之一。

你這時也許會問,那麼旅行者號呢? 旅行者號現在雖然飛過了日球層頂,但是它 以現在的速度想要飛離奧爾特雲地帶至少還需要30000年。而旅行者號的 動力電池將會在2025年失去作用

「旅行者號」結構圖

到了那個時候旅行者號將會 和地球完全失聯,至于它到底會變成什麼樣子,我們無從得知。包括旅行者的後繼者,它們的速度可能會比旅行者號快上不少,但是這點速度作為星際空間的飛越速度還是太慢,甚至不如蝸牛。

等等,你覺得奧爾特雲這裡就算結束了嗎? 奧爾特雲可不是太陽系的邊界,太陽的影響力仍舊可以在這裡起作用。 太陽的引力還可以延伸至更遠——柯伊伯帶。

柯伊伯帶

這裡就不打啞謎了,直接跟你說出一個誇張的資料, 奧爾特雲在柯伊伯帶之中,而柯伊伯帶的距離還要比奧爾特雲遠上一千倍。從電腦的分析模型中可以看到, 柯伊伯帶整體呈一個球體,其中的所有天體包括組成物幾乎都是大大小小的隕石,矮行星。

這個地區的發現來自于 荷蘭天文學家傑拉德·柯伊伯于1992年發現的,這個地帶 最初被人們當作是彗星的起源地,存在週期性彗星的生成。

彗星

但實際上 柯伊伯帶裡的彗星軌道持續時間還不到200年,也就是說這片地區比人們要想象得更加久遠、復雜。這點最初是科學家在對奧爾特雲與彗星的速度關係中發現,因為週期性彗星的速度與它相鄰的奧爾特雲中的彗星速度越來越不一致。

這讓科學家們思考是否存在另外一個影響條件,由于奧爾特雲無法解釋這些不同週期性彗星的速度,所以必須重新設立一個地區。也正是這個時候,柯伊伯帶來的相關研究和發現讓科學家重新認知了太陽系。

柯伊伯帶的最大范圍包括其週邊區域,大約從30-55AU(天文單位,1個天文單位≈1.4億公里)延伸主體被人們認為是 從39.5AU延伸到大約48AU,外延伸多達10度黃道平面。整體來看,就像是太陽系中的一個大型甜甜圈。

說到這裡,你是否感受到來自深空中的絕望? 旅行者號用自己的親身經歷告知人類無法飛出太陽系的現實。現今沒有任何科技,任何理論可以支持這種星系飛越。

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