宇宙之中運行著億兆天體,地球只是其中一粒恒河之沙,再普通不過,但是普通的地球卻誕生了不普通的智慧生命。我們翻遍太陽系中的各個星球,發現地球人是孤獨的、是唯一的智慧生命,這讓我們欣喜又惶恐,這既說明我們獨特的地位也說明我們誕生的特殊性。這種特殊性讓人害怕,須知天上沒有掉下來的餡餅。果不其然,2013年發生的一起意外事件正好佐證了這一觀點。
Tips:地球內部分為地核、地幔、地殼結構,地表外部有水圈、大氣圈以及磁場。地球是宇宙中僅有的存在已知生命天體,是包括人類在內上百萬種生物的家園。
2013年2月15日上午9點一刻,俄羅斯小城車里雅賓斯克上空迎來了一個不速之客,一顆直徑約15米,總質量約七千噸的小行星在城市上空30千米處爆炸了。這次爆炸是1908年通古斯大爆炸后發生的最大的空中爆炸,爆炸的能量相當于33顆廣島原子彈,假使落到地球上,可能造成一片“核平”,整個西伯利亞平原在劫難逃。
但幸運的是,在臨近地面時小行星忽然就爆炸了,最終只造成1491人受傷,還有一些地面建筑受損,但這也損失了將近10億盧布。不過正是因為行星爆炸的時間點太巧,并且有人發現爆炸并不是自然產生而是有一個神秘物體穿透導致的。這顆小行星可是以30KM/S飛行的,人類可達到不到這樣的高速,因此外星人拯救說甚囂塵上。
Tips:恒星是由發光等離子體——主要是氫、氦和微量的較重元素——構成的巨型球體。天氣晴好的晚上,夜幕中總鑲嵌著無數的光點,這其中除了少數行星,其它的絕大多數都是恒星。
那么外星人為什么要拯救地球人呢?這讓許多人想到了一個令人毛骨悚然的想法,地球人是被外星人圈養的生物。這個說法提出后就像是燎原之火,一發不可收拾。那么地球真的就是外星人圈養的動物嗎?今天小編從科學角度探討太陽系有哪些難以逾越的“墻”。
第一道“墻”:航天時代的困境,近地軌道運輸問題
人類對宇宙的探索,從1957年蘇聯發射的第一顆人造衛星斯普尼特1號開始算起,已有64年的歷史。這64年里,人類擺脫了萬有引力的束縛,將人類送上月球,實現數千年的飛天夢。如今,步履不停的人類正在向太陽系外的廣闊星海進發,但是人們至今已經發射了上萬個衛星或者航天器,但宇宙航行仍舊是個水中月,鏡中花,這是為什么呢?
Tips:斯普特尼克一號Спутник-1,是人類第一顆人造衛星,由前蘇聯火箭專家科羅廖夫利用導彈改制而成,為鋁制球體,直徑58厘米,重83.6千克,球體,有4根鞭狀天線,內裝有科學儀器。
我國著名科學家錢學森將宇宙航行分為兩大部分,第一部分是航天,即沖出大氣層、沖出地球,在太陽系中的廣闊天地中活動。第二部分是航宇,即沖出太陽系,向銀河系和河外星系的大好河山進發。但是如今人類被困在第一階段中,分身乏術,寸步難行。因為我們的運輸后勤完全跟不上。
目前我們的飛船和空間站的后勤極其依賴地面供應,并且空間站的壽命有限,幾十年的時間就要更新換代。同時高額的航空費用也是制約大規模航空的原因之一。據相關報道顯示,要將1公斤的物品送上火箭帶到地球軌道上,要花費2萬美元,折合人民幣12萬元。SPACEⅩ商業航天一張船票是5500美元,一顆火箭的價格是4000萬元。龐大的金額是制約我們大規模進入航空時代的最大外部制約。
Tips:錢學森出生于上海,祖籍浙江省杭州市,空氣動力學家、系統科學家,工程控制論創始人之一,中國科學院學部委員、中國工程院院士,兩彈一星功勛獎章獲得者。
如果我們不能設計出開往地球與低地球軌道的、大幅度降低費用的客運和貨運飛船,那么我們就不能進入到航空時代,飛出太陽系就是一句空話。同時,當地球發生極端災難,比如說火山爆發又一次生物大滅絕時,地球上的人類估計只有大富翁和科學家才能擁有昂貴的飛船票。不過,即使這些人逃離了地球,也將面臨彈盡糧絕的危機。
Tips:太陽系Solar system,是一個以太陽為中心,受太陽引力約束在一起的天體系統,包括太陽、行星及其衛星、矮行星、小行星、彗星和行星際物質。
因此,要想進入航宇時代,首先要突破的是航天時代,即地球與地球軌道之間的高效、低費用來往。那么如何才能突破這堵“墻”呢?有科學家提出在地月之間建立一個太空電梯,但困于材料問題被擱置了。
不過,也有人提出依托空間站建立低地球軌道航天港,使用航天飛機運輸貨物和人員,這種方法是實現的可能的。畢竟空間站和航天飛機的技術我們都已經掌握了七七八八,如此可以縮短往返的時間,大量運送物資和人員,剩下的就是如何減輕成本。
Tips:空間站分為單模塊空間站和多模塊空間站兩種。單模塊空間站可由航天運載器一次發射入軌,多模塊空間站則由航天運載器分批將各模塊送入軌道,在太空中將各模塊組裝而成。
不過,即使解決了近地軌道運輸問題,也還有第二道墻,也是最主要的“墻”速度等著我們。
第二道“墻”:速度
速度是進行宇宙航行,沖出太陽系的最主要難題,因為航行是圍繞速度展開的,沒有足夠的速度,飛船甚至連地球都飛不出去。在航行的起點火箭的速度要達到空前的速度(7.9千米/秒和11.2千米/秒)才能擺脫地心引力的束縛,使人類能夠在廣袤的太陽系中留下足跡。但是要戰勝太陽引力飛向未知的銀河系,需要飛船達到16.7千米/秒的速度。速度的主要作用,就是戰勝廣闊的宇宙尺度。
Tips:引力Gravitation,即任意兩個物體或兩個粒子間的與其質量乘積相關的吸引力,自然界中最普遍的力,簡稱引力。
太陽系外離我們最近的恒星比鄰星(半人馬座比鄰星)距離我們4.2光年,與天狼星相距8.4光年,與牛郎星和織女星分別相距16.63和26.3光年。一光年是9.46萬億公里,按16.7千米/秒的速度算,我們到比鄰星要花費8萬年,到牛郎星和織女星分別要花32萬年,42萬年。因此人類要想進入航宇時代,那么最大的“墻”就是速度,而提升速度就需要提高燃料的效率和成分。
Tips:比鄰星,它是由當時擔任約翰尼斯堡聯合天文臺的主管羅伯特·因尼斯Robert Innes,于1915年在南非時發現的。比鄰星的一顆行星——比鄰星b——可能存在生命。
目前的航天火箭依靠,燃燒推進劑的化學能轉化為動力,推動火箭飛行。但是這種推進劑質量大,能量小,幾十噸的燃料不到幾個小時就消耗一空,而且速度十分有限。因此要提升速度,就要找到質量小,能量大、燃燒時間長的燃料。
Tips:火箭rocket,是火箭發動機噴射工質(工作介質)產生的反作用力向前推進的飛行器?;鸺从猛痉譃樘娇栈鸺瓦\載火箭。
為了提升速度,科學家們提出使用核聚變發動機作為火箭的推動力,當發動機內部的爆炸速度達到每秒250次,產生的能量高達整個地球能量的10倍以上。航天飛機的速度達到16.7萬千米/秒不是夢,這樣來回天狼星只需要60多年。但是這個設想存在一個問題,就是核聚變的燃料氦三,氦三在地球的數量十分稀少。想要得到大量的氦酸,只能到木星的大氣層中收集。
第三道“墻”:時間
即使速度突破到16.7萬千米/秒,我們還是要在宇宙中航行幾十年的時間。要知道常人呆在小黑屋關三天禁閉出來都像是變了一個人一樣,宇航員還要在飛船的“小匣子”待幾十年,除了同伴就是外面的星河,再多的話語和精力也會在時間的消磨中損失殆盡。沉默是今晚的宇宙。
Tips:大氣層atmosphere,是因重力關系而圍繞著地球的一層混合氣體,是地球最外部的氣體圈層,包圍著海洋和陸地,大氣層的厚度大約在1000千米以上,但沒有明顯的界限。
就是如今我們以11.2千米/秒的速度運行,花費一天的時間到空間站,然后生活幾個月,下來都會安排心理醫生檢測宇航員的心理狀態,別說花費幾十上百年的宇宙航行了。因此,在漫長的時間中,心理承受能力是一個大問題。
Tips:宇航員,或稱航天員,全稱宇宙航天員,則指以太空飛行為職業或進行過太空飛行的人。確定太空飛行的標準則沒有完全統一。
其次,長時間宇宙航行的補給問題。食品是有保質期的。未來要實現宇宙航行,就要實現食品的長時間保存或者像《流浪星球》一樣建營養倉,讓人在里面休眠,減少能量損耗。同時,要實現娛樂化與宇航員互動隨時檢測他們的心理狀態,或者設置一個人工智能系統與他們對話。
第四道“墻”:生存問題
最后一個生存問題,這不是單純的補給和食物供給,而是包含人的生存環境和生活供應問題。人是社會性的群居動物,人要進行交流,人要有自己的空間,人還要吃喝拉撒,休閑玩樂。,在飛船上,人被迫自我隔離,相當于進行了一個地理隔離,人類在長時間的隔離很有可能會變成另一個物種,或者喪失某些功能,比如語言、理解能力的退化。
Tips:人造生物圈是一種受控生態生保系統集成實驗平臺,它被用于測試人類是否能在以及如何在一個封閉的生物圈中生活和工作,探索在未來的太空殖民中封閉生態系統可能的用途。
要解決這個問題,就要有成熟的人造生物圈技術。美國在上世紀80年代末進行了生物圈模擬實驗,但是很遺憾的失敗了。因此,不管地球是不是外星人的“后花園”,我們在現有的科技體系下是無法沖出太陽系,進行宇宙航行的。不過,相比于外星人在阻止地球人飛出太陽系,個人認為還是科技能力制約我們的發展這個原因更靠譜。關于人類何時沖出太陽系,就要看以后的科技何時飛躍式發展了。