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人类目前最快的飞行器飞到距离地球6光年的超级地球需要多久?

  人类目前最快的飞行器飞到距离地球6光年的超级地球需要多久?

  随着科学技术的发展,人类对自然世界和宇宙空间的认知水平逐步提升,为了更有针对性、更加系统和直接地了解地外空间的环境状态及其演化规律,科学家从上世纪50年代起就开启了向太空发射探测器的序幕,其中以探测地外生命的存在基础和生命形态为主要内容的宇宙生命科学工程,成为众多太空探测器的重点任务之一。

  在地面大型射电望远镜和环绕地球运行的太空望远镜观测的基础上,科学家们发现了越来越多有可能具备生命特征的行星,那么,如果这些发射升空的探测器,以最快的速度运行,能够多久可以抵达到“超级地球”呢?

  目前飞行速度最快的探测器

  如果从地球表面运行的飞行器来看,目前速度最快的为美国宇航局研制的X-43A飞机,其飞行速度为11200公里/小时,约合3.1公里/秒,相当于音速的9.2倍,环绕地球赤道一周需要3.6个小时,在地球上这个速度已经相当快了,但是如果这个速度应用到航天领域,则基本上连龟速都谈不上。

  比以上速度高一点的就是航天飞机了,比如美国哥伦比亚号的飞行速度能达到7.6公里/秒,发现号达到7.8公里/秒,阿波罗10号可以达到10.7公里/秒,这表明航天飞机一旦脱离地球大气层环境,就可以拥有比地面飞行高出很多倍的飞行速度。

  再比以上速度高的人造飞行器,就当属太空探测器了。比如前不久我国发射的火星探测器-天问一号,其飞行速度为11.2公里/秒;美国2006年发射的用于探测冥王星的新视野号,飞行速度能达到16公里/秒;用于探测太阳系气态行星(重点是木星、土星及其卫星)的旅行者1号,在完成使命之后依靠惯性曳继续向太阳系外围行进,目前行进速度可以达到17公里/秒,成为距离地球最远的探测器。

  比上述探测器运行速度还高的,就是几颗太阳探测器了,比如1974年美国发射的太阳神1号探测器,在近日点的最高速度可以达到60公里/秒;1976年发射的太阳神2号探测器,近日点时的飞行速度达到70公里/秒;2018年美国发射的帕克探测器,在近日点时的瞬时最高速度达到了192.2公里/秒,成为人类历史上发射的所有太空探测器中,飞行速度最快的一颗。

  距离地球最近的“超级地球”

  科学家们根据地球生命形式的基本特征以及所需的必要环境,归纳出了碳基生命在宇宙空间中存在的基础条件,即:固态星体、合适的引力环境、适宜的温度区间、有液态水、存在密度适宜的大气层、有适宜的氧气环境、拥有磁场等等。

  那么,假如在宇宙空间中,存在着一颗行星(或者卫星),其体积和质量与地球相近、处在一个主序期恒星系的宜居带内、拥有大气层条件,而且地表拥有和地球相似的板块构造,比如分布着山脉、峡谷、陨石坑、活火山等,在理论上就有一定的几率,在该星体上有碳基生命形成和发展所具备的光照、温度、气体和磁场环境,这样的星体科学家们将其命名为“超级地球”。

  截至目前,科学家们在银河系中,发现了数量众多的可能存在生命形式的“超级地球”,距离比较近的这里列举几个:

  2019年,在长蛇座发现了GJ357d行星,质量约是地球的6倍,距离地球31光年;

  2014年,在天秤座发现了Gliese 581d行星,质量约是地球的3倍,距离地球20光年;

  2018年,在蛇夫座发现了巴纳德b行星,质量约是地球的0.2倍,距离地球6光年;

  2016年,在半人马座发现了比邻星b行星,质量约是地球的1.3倍,距离地球4.22光年,是迄今为止发现的距离地球最近的处于宜居带内的行星。

  到达“超级地球”需要多久?

  通过以上的介绍,那么如果人类目前制造出的最快飞行器,到达地外的“超级地球”需要多久,理论上就是一个简单的数学运算了。

  1光年的距离是光在真空中行进1年的距离,其值约为9.46万亿公里。拿帕克太阳探测器来说,以其近日点的最快运行速度192公里/秒,那么到达6光年外的巴纳德b行星,至少需要9370年。如果用现在距离地球最近的旅行者1号17公里/秒来计算,那么所花费的时间更长,至少需要10.58万年。

  当然,这些探测器在行进的过程中,并不可能永远处于最高的速度。在通过火箭将它们发射升空时,一般都是借助化学燃料的燃烧喷射出去的气体形成反推力,使其达到第一宇宙速度,然后再利用惯性行进,在此过程中,利用探测器所携带的放射同位素电源和太阳能电池提供的有限电能,维持探测器的姿态调整以及仪器设备正常工作,并不会对探测器的行进速度产生多大影响。

  理论上以化学燃料进行推进的速度是有极限的,其“天花板”速度为25公里/秒。之所以有一些探测器可以超过这个速度,主要是利用了巨大天体的引力弹弓效应进行加速,或者在环绕巨型天体时,在椭圆轨道的近焦点处受到的引力加速效应。比如旅行者1号目前达到17公里每秒的速度,还是建立在利用了木星、土星的二次引力弹弓的加速才达到的。而帕克太阳探测器,只有在近日点处才能达到192公里每秒的速度。

  所以,进行深空探测或者星际航行,在现有技术条件没有突破的前提下,1光年的距离无人探测器都得好几千年才能到达,载人探测更是遥不可及。必须依靠更具突破性、变革性的能源技术、推进技术甚至设想中的曲率引擎技术,才有可能实现深空的“自由穿梭”。

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