虽然旅行者1号已经离开太阳系进入星系空间,但这个飞行了几十年的探测器能给人类带来什么呢?

了解一下宇宙没有太阳系怎么办(逃离太阳系的种种)(1)

带上地球还是宇宙飞船?

作为一颗黄矮星,太阳的寿命约为100亿年。目前,它已经有50亿年的历史,在50亿年内,其核心的氢气将全部耗尽,核反应开始继续由氦聚变成碳、氮、氧等其他元素。它最终会膨胀成一个直径超过100倍的红巨星。如果当时人类还在地球上,将会看到整个天空充满了太阳,届时海洋会蒸发变成沙漠。

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离开太阳系有两种方式:一种是把地球装上发动机(电影流浪地球的设想),让它驶入太空;另一种是从地球发射宇宙飞船,寻找新的行星并在那里定居。

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就目前对地球的理解而言,宇宙飞船的想法显然更可靠。尽管地球似乎有一个完整的生态系统,但巨大的发动机推力将使板块活动变得活跃,使冷却后的岩浆以火山的形式喷发。硅含量少、流动性强的基性岩浆将吞噬地表大部分植被。

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即使有些土壤能在熔岩中生存,离开太阳后温度的突然下降也会使其中的水分形成冰晶,这不仅宣告了种子的死亡,也宣告了相当数量的微生物和多细胞动物的死亡。更重要的是,没有光合作用,人类很难获得酶,生产22亿吨粮食,养活70亿人。

所以总体来说,最先载人飞出太阳系的很可能是宇宙飞船。因为找到一个适合居住的星球比在废墟中重建地球的生态系统要容易得多。银河系中有1000亿颗明亮的恒星,附近总有几颗行星。

“开普勒-22b”无疑是一个可以提供想象力的。若干年前,参与美国宇航局开普勒任务的科学家宣布,通过开普勒望远镜,他们首次发现了一颗可能适合居住在类太阳恒星周围的新行星,并将其命名为“开普勒-22b”。

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速度是王道

假设“开普勒-22b”与地球一样,有陆地和海洋,并通过大气产生温室效应,其表面平均温度约为22℃。唯一遗憾的是它离我们有点远,距离太阳系600光年。

根据现有的人造飞船,最快的“新视野”探测器(速度约为15.5公里/秒)飞到600光年外的“开普勒-22b”上需要大约1160万年。甚至离我们太阳系最近的恒星,半人马座附近,也有4.22光年远。

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但事实上,如果我们足够快,距离不是问题。根据狭义相对论的洛伦兹变换公式,如果我们能达到接近光速99%或更高的速度,地球上的人就要等600年,但在宇宙飞船里,当速度接近光速时

在这种情况下,距离将缩短到几年,甚至超过十个小时,在宇宙的真空环境中,不需要额外的燃料来维持这个速度。

问题是,我们怎样才能接近光速?上世纪50年代末的猎户座计划似乎给了我们方向。1958年,美国政府开始实施“猎户座计划”,秘密研制核动力航天器。根据计划,这艘飞船有60层楼高,搭载了数千枚小型核弹。发射后,相当于2万吨TNT能量的小型原子弹每10秒就会在尾部爆炸一次。据计算,“猎户座”飞船可搭载40名航天员通过航速积累,机组人员100吨的设备和食物将能在125天内往返于地球和火星之间。它的极限速度可以达到光速的1/10。

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众所周知,虽然没有技术上的缺陷,但由于放射性粉尘的释放会污染地球,项目被停止了。但如果到了世界末日,我们能以毁灭地球为代价飞出太阳系吗?答案是否定的。

即使我们提前规划好航线,在飞船经过的航线上通过火箭将相应大小的核弹头放置在太空中,也很难在飞船逐一爆炸时将速度积累到接近光速的水平。因为地球上的核弹主要依靠体积突然膨胀产生的冲击波产生巨大的破坏力,但在真空环境下,几乎不会有冲击波,只有一定的辐射压力,而这种辐射压力可以通过太阳风来实现。

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其实原理很简单,就是通过巨大的风帆环绕太阳,吸收辐射压力,达到速度积累。当然,这也会是一个缓慢的过程,一方面是因为来自太阳的辐射压力非常小,另一方面是因为人类对加速度的承受能力有限。如果以1ɡ的加速度为基准(1ɡ相当于9.8米/秒2的加速度),那么要达到30万公里/秒的光速,飞船需要绕太阳飞行一年,不算到达目的地后同样长时间减速。

海盗式的旅程

所以在这么长的时间里,如何在航天器中生存成为一个新的问题。理想情况下,飞船将拥有一个与地球相似的微生态系统,包括集约农业区、居民区、热带雨林、沙漠和其他组成部分,就像美国生物圈二号实验所尝试的那样。

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但是,实验结果和岛屿生物地理学告诉我们,在航天器中重建封闭的生态系统几乎是困难的。因为岛越小,灭绝的可能性就越大。其中一个重要原因是岛上不能容纳太多的生物个体,容易因偶然因素造成灭绝。

相反,岛越小,新物种形成的可能性就越小,因为没有太多的遗传多样性或太多的新生态位。除非在未来,通过先进的自动化技术和生态学知识,人类完全可以抛弃自然生态系统,让所有的物质循环都由机器来完成。

当然,没有捷径。例如,我们可以利用一个开放的生态系统在宇宙飞船中生存。也就是说,他们像太空海盗一样,派小宇宙飞船一路航行,一路掠夺资源。大约百分之一的已知外星行星含有水、水蒸气或冰。如果能找到这些“基本物质”的充足来源,那么我们的海盗只需要提供一套完整的工农业生产体系,而不是整个生物圈。

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但这样做的风险在于,很难保证掠夺的稳定性。因此,虽然被称为掠夺,但人类仍然需要一个小规模的生态系统和足够强大的物质循环能力。也就是在行星群之间穿梭,收获资源的同时,将废弃物排放到地球上,等待其自然循环。我们应该确保向地球反馈足够的物质,确保排放的废物不会引起地球本身大气结构的剧烈变化(例如,氧气不能大规模排放到还原性大气中),确保持续不断的危险物质(如长半衰期核废料)不会大规模排放到地球上,确保某些星球不会被过度掠夺等。

从这个角度看,距离太阳约180亿公里的“旅行者1号”携带着用55种语言记录的人类问候和各种音乐的记录,它不仅是第一个离开太阳系的人造物体,而且可能是最优雅的一个。

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