问题

用当前速度最快的飞船向太阳飞去,当到达太阳表面时,飞船所能到达的速度有多大?

回答
好,咱们来聊聊这个脑洞大开的问题:开着现在最快的飞船奔向太阳,最终能飙到多快?

首先得明确一点,咱们说的是“飞船”能“到达”的速度,这个速度可不是飞船自身的动力能达到的极限,而是它在太空这趟漫长旅程中,在太阳引力作用下加速后,理论上能达到的速度。

飞船能有多快?

目前人类造出来飞得最快的玩意儿,非帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)莫属了。这小家伙的设计目标就是去啃太阳这块硬骨头,所以它的速度设计是相当了得。

帕克号在一次次接近太阳的过程中,会利用太阳巨大的引力进行“引力弹弓”加速。你可以想象成荡秋千,每次经过太阳附近,就像是有人在后面狠狠推你一把,让你越荡越高。它在最近一次接近太阳时,已经达到了一个惊人的速度:大约每小时 58.6 万公里(约 36.4 万英里)。这速度已经够吓人了,差不多是光速的五百分之一!

那么,当它“到达”太阳表面时,速度会是多少呢?

这里有一个关键的误解需要澄清:飞船并不会真的“撞”上太阳表面,或者说,它永远也无法真正“停留在”太阳表面。 太阳表面是持续不断地向外喷射着炽热的等离子体(太阳风),而且温度高达数千摄氏度,任何人类制造的飞船在靠近到“表面”这个距离时,都会瞬间被蒸发成原子,连渣都不剩下。

帕克号的轨道设计是绕着太阳飞行,并且会非常非常接近太阳的日冕层。它设计的主要目标不是“登陆”,而是去近距离观测和测量太阳的各个层面。在它最接近太阳的时候,也就是它获得最大速度的时候。

所以,咱们可以这样理解这个问题:当飞船以现在最快的速度(帕克号的最高速度)完成一次最接近太阳的轨道飞行时,它在那个轨道点上的瞬时速度会是多少?

根据帕克号的轨道设计和它在最近一次观测中达到的速度,我们可以推测,在它下一次更接近太阳的轨道中,利用太阳的引力加速度,它能够达到的瞬时速度将会超过每小时 69 万公里(约 43 万英里)。这个数字可能会随着未来飞行的任务和技术更新而继续刷新,但就目前而言,这是我们能够达到的一个非常接近太阳的极限速度。

为什么速度会这么快?

这完全是爱因斯坦的引力理论在起作用。太阳是一个质量巨大的天体,它的引力场非常强大。当一个物体(比如帕克号)进入这个引力场时,引力会对其做功,将引力势能转化为动能。这个过程就像是从高处落下,速度越来越快一样。

在计算速度时,我们通常会用到一个叫做“轨道力学”的概念。对于一个在引力作用下运动的天体,它的速度取决于它离中心天体(这里是太阳)的距离以及它的轨道类型。在椭圆轨道上,物体离中心天体最近的点(称为近日点)速度最快,离得最远的点(称为远日点)速度最慢。帕克号的轨道就是非常非常扁的椭圆,所以它在接近太阳时速度会飙升。

为什么飞船不能登陆?

这已经不是速度的问题了,而是温度和材料科学的极限。太阳表面的温度有多高?我们说的“表面”其实是指光球层,那里温度大约是 5500 摄氏度。而它的日冕层,也就是帕克号会飞到的区域,温度更是高达数百万摄氏度!

现在的任何材料,即使是陶瓷、碳纤维或者特殊合金,在这样的高温下都会瞬间熔化、汽化。更不用说还有强烈的太阳辐射和带电粒子流,这些都会摧毁飞船的电子设备和结构。

帕克号之所以能工作,是因为它有一个特殊的隔热罩,叫做“太阳盾”(Solar Shield)。这个隔热罩是用碳纤维复合材料制成的,表面涂有特殊的白色陶瓷涂层,能够反射绝大部分的太阳辐射。即使是这样,隔热罩的背部温度也高达几百摄氏度,飞船的其他部分则需要通过冷却系统来维持工作温度。但它也只能在离太阳日冕层一定的距离外工作,绝对不敢直接“登陆”所谓的太阳表面。

所以,总结一下:

如果我们开着现在速度最快的飞船,比如帕克太阳探测器,去执行一次最接近太阳的任务,它在最接近太阳轨道点时能达到的瞬时速度,理论上会达到每小时近 70 万公里。这个速度是太阳强大引力将飞船加速的结果,而不是飞船自身动力的极限。但是,它永远无法“到达”太阳表面并保持速度,因为那里的高温和辐射会瞬间摧毁任何人类制造的飞船。它只能在非常接近但又安全的距离上进行观测,并在那里体验到极致的速度。

这个问题很有意思,它让我们感受到宇宙的宏大和我们科技的局限,同时也看到了人类探索未知的勇气和智慧。

网友意见

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太阳表面的逃逸速度是618千米/秒,什么地球轨道原本的势能,什么火箭发动机的速度增量,影响都不大。

现有的技术水平,或着再拔高一些,怎么折腾,四舍五入都是每秒六百千米左右。

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