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人类会被困死在太阳系中吗? 第1页

  

user avatar   pi-bo-shi-tai-kong-jing-niang 网友的相关建议: 
      

说一个很残酷的事实,至少在可以预见的未来,人类是无法逃脱太阳系的桎梏的


1。从太阳系的角度

太阳系虽然是个挺小的小星系,但它的大依然是远远超过人类想象的,如果把脱离太阳系定义为脱离引力影响范围的话,(毕竟只要在引力范围内相对太阳运动停止下来就会被太阳给拽回去是不?),这个距离是50000-125000天文单位(日地距离),这是个理论值因为没人知道到底怎么一回事儿,反正观测到的彗星(受太阳引力影响)最远到了70000天文单位。

算了,说个直接的,上述天文单位计算的距离大约等于1-2光年,是指以光速(30万公里每秒)连续走1-2年,才算摆脱太阳的引力影响范围了,否则一旦停下(相对速度为0),太阳就会把你重新拖回来。

按照高速公路允许的最快速度120公里每小时,需要开900万-1800万年吧,差不多是。

当然这样说太夸张了,我们以目前人类航天器的数据来看吧。

目前人类历史上的最快航天器是1976年美国和西德合作的太阳神2号(Helios 2),这个太阳探测器距离太阳很近,在近日点达到了70公里每秒速度,那么它以这个极限速度飞出去需要至少4285年。而实际上,一旦远离太阳便会被太阳引力不断减速,它会飞的越来越慢,时间远远超过这个值。

而目前距离地球最远的航天器是1976年发射的旅行者一号(Voyager 1),达到了206亿公里,但也就是光线19个小时的路程,而且它还在不断减速。这货用了40年时间,才走完了全程的千分之一左右,而且未来会逐渐减速,时间会大大加长。

刚开始有行星引力弹弓加速,但越外围的行星速度越低引力加速效果越弱,且极难碰到。旅行者1/2和先锋者10/11是赶上175年一次的周期才占了一个便宜。







(旅行者二号的速度变化图,飞过海王星之后就开始一直减速了,这里只是前60亿公里的速度变化图)


要知道,逃逸速度的定义是在引力减速的作用下走到无限远的地方所需最小速度,但到了一定程度后,航天器速度减慢到很小,但距离并不改变,时间可以认为是近乎永久了。。。

更何况人类的寿命才100年,算个啥啊。。。就算把人类文明的几千年都用上,比起这个距离也不算啥。

对了,这还是逃离太阳系的引力边界呢,逃出去总要找地方去吧?

最近的一个类似太阳系的地方在比邻星,大概4.22光年,目前并没有发现生存条件比太阳系好,更别提有个地球了。

所以,距离是最大的障碍!


2。从人类现有科技的角度

人类的文明历史上发生过三次重要的革命。

第一次农业革命,让人类从采集狩猎的阶段稳定下来,能收集更多的食物,创造文明成为可能;

第二次工业革命,文明升级,机器化工业生产,人类的身体能力得到了重大延伸,车、船、飞机发明;

第三次信息革命,人类的脑力得到了重大延伸,人类可以围着电脑工作创造出巨大的价值,信息爆炸了。

然而,这三个文明达到的巅峰是人类对化学能的利用,这是在分子层面的能量释放;

在更高级的原子层面能力释放,人类只能利用极其有限的一些放射性同位素裂变释放能力,顶天了。

但玩不了可控核聚变就没戏了啊。

航天领域著名的齐奥尔科夫斯基公式明确说告诉我们了,化学能是有极限的(燃烧释放能量和速度)。就算把地球全部变成燃料给点了,也没法让一座小山飞出地球(质量比)。

人类并不伟大,现在只是在有限能力下使用抵达地球的20亿分之一的太阳能中、微不足道的固定在化学燃料(煤和石油)里的能量。搞航天飞出太阳系太困难了,连大规模去月球定居都做不到,能量级别太小。飞出太阳系根本无望。


3。从人类本身的角度

人类寿命就这么多,身体又很脆弱,不能太冷,不能太热,不能挤压,不能泡水,不能没有空气,气压低了不行,高了不行,空气中还不能有雾霾(手动滑稽),不能有辐射,不能没有能量摄入,不能不排泄。

吃点食物吧,还比较作,水,糖类、蛋白质、脂肪、维生素、微量元素啥的好几百种,缺一个都不行。

心理上吧,空虚了不行、寂寞了不行、单身了不行、结婚了也不一定行、男朋友女朋友不给力不行、过渡亢奋不行、过渡冷淡也不行,都会出事儿。

人数上吧,少了干不成事情,多了还干仗。

就这样即便好好伺候着也就活一百年顶天了

动辄谈飞行上千年上万年岂不是搞笑?


4。从人类文明的角度

古往今来,不存在纯粹外力搞垮的国家和民族,只存在内乱导致的让人趁虚而入。

从大自然的角度而言是好的,逼迫人类不断进步;

但是从文明连续性角度就不见得了,古印度、古埃及、古苏美尔、古玛雅都发展到很高级的农业文明了,一不小心就断了。

现在社会哪里还有一个国家动辄持续上百年的,你看到的都是200年内的新国家,美国都算是老国家了。

所以啊,别看人类现在科技文明发展的如日中天的,明天川普大帝和普京大帝不高兴摁摁核弹就全没了。

不能连续的文明就是没有意义的文明,哪怕你曾经再璀璨绚烂,宇宙中随便毁掉N个太阳系的超新星爆发,到处都是,还在乎你这一点?


所以啊,愚蠢的人类就老老实实趴在太阳系里别想了,维护好世界和平,先定个小目标去火星看看再说吧。

说句心里话,我觉得人类离开太阳系最大的可能是外星人把咱们谁带走当小白鼠做科研了。。。



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反对最高票 @太空精酿 的第一条理由

算了,说个直接的,上述天文单位计算的距离大约等于1-2光年,是指以光速(30万公里每秒)连续走1-2年,才算摆脱太阳的引力影响范围了,否则一旦停下(相对速度为0),太阳就会把你重新拖回来。 按照高速公路允许的最快速度120公里每小时,需要开900万-1800万年吧,差不多是。 当然这样说太夸张了,我们以目前人类航天器的数据来看吧。 目前人类历史上的最快航天器是1976年美国和西德合作的太阳神2号(Helios 2),这个太阳探测器距离太阳很近,在近日点达到了70公里每秒速度,那么它以这个极限速度飞出去需要至少4285年。而实际上,一旦远离太阳便会被太阳引力不断减速,它会飞的越来越慢,时间远远超过这个值。 而目前距离地球最远的航天器是1976年发射的旅行者一号(Voyager 1),达到了206亿公里,但也就是光线19个小时的路程,而且它还在不断减速。这货用了40年时间,才走完了全程的千分之一左右,而且未来会逐渐减速,时间会大大加长。 (旅行者二号的速度变化图,飞过海王星之后就开始一直减速了,这里只是前60亿公里的速度变化图) 要知道,逃逸速度的定义是在引力减速的作用下走到无限远的地方所需最小速度,但到了一定程度后,航天器速度减慢到很小,但距离并不改变,时间可以认为是近乎永久了。。。

要知道,逃逸速度来自于从无穷远处落回当前位置时,引力势能完全转化为动能,意味着只要超过逃逸速度一截,逃逸出太阳系的最小速度也就不会是0,第三宇宙速度即逃逸速度16.7km/s 是这个落回来的速度(想象一下倒放)。

确实航天器发射出去是在减速,但问题是这个减速不是线性的减少啊~

重力势能和距离成反比,重力势能的变化量即动能的变化量,所以是如果1~60亿公里,减少了10km/s的速度(就算是30减到20把)

公式两边的小m约掉,GM是常数,最后得到:

意味着速度平方的变化量(delta v,坎巴拉的插件也可以算的),和距离平方的反比的差成正比

从一亿公里开始,到两亿公里的减速,和从两亿公里,到无穷远处(完全脱离太阳引力)的速度变化量的平方是相等的。所以这就是传说中的“万事开头难”

这也就意味着一亿公里到六十亿公里这样的减速,以后永远也不可能减少这么多了。如果一亿公里到两亿公里,速度70km/s掉到60km/s ,delta v 变动了1300km^2/s^2,那么无穷远处还能剩下sqrt{3600-1300}=47km/s

至于在减速后的飞行时间,这个得用积分来算,我早忘光了

所以按逃逸速度16.7的delta来看,提供278km^2/s^2的delta v可以临界的离开,两倍的delta v相当于23km/s的速度,在这个速度下从地球发射,离开太阳系还能剩下16.7km/s的速度

这样的离开太阳系的时间,当然会比极限速度23km/s要慢,但显然快于无穷远处的速度16.7km/s(不会快太多但也不差很多个量级)

PS:这已经是我第二次由坎巴拉学到的航天知识反对他了。。。2333


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太阳引力如同一口井,想要跳出去很难。

最近的恒星在4.2光年之外,也就是说,在2.1光年内都是太阳引力控制的范围。

目前已知最快的探测器速度不超过100km每秒,也就是说,即使不考虑减速,要脱离该范围需要30W×2.1/100=0.63W年。比人类文明史长多了。

99.999999%会困死在太阳系。


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我略微计算过这个问题:

  1. 人类在达到1万亿之前,没有必要殖民火星。
  2. 连火星都殖民完了。还可以殖民木卫二。此时人类在太阳系中应该是10万亿级别的存在。
  3. 从历史上数据来看,人类生产力增长与人口数量呈现指数关系。也就是人口增长10倍,生产力增长100倍。
  4. 现在人类可以把100吨的物体送入太空,500年后,送几十万吨的东西上太空应该没有问题。
  5. 五百年后,地球人口会突破1万亿。届时生产力将是现在的1万倍左右。例如:美国GDP 18万亿*1万,18亿亿元。难以想象。人均GDP可能会有500万美元/年。
  6. 我们无法想象那时候的科技多么先进,但是殖民火星应该没有问题的。
  7. 走出太阳系,至少1000年后的事情,我们再好的想象力都无法想象1000年后的科技,毕竟1000年前我们连太阳系是什么都没有概念。



  

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