飛出太陽系邊界需要多長的時間

想飛出太陽系,首先你需要知道太陽系的邊界在什麼地方,是太陽控制的引力邊界還是太陽風的邊界?然後就是乘坐速度多快的太空飛船?是要用目前速度最快的,還是理論中最快的?目前我們的人造探測器速度最快的為帕克太陽探測器,其時速達到約為70萬千米每小時。飛出太陽系邊界到底需要多久呢?本文將為您解答。


太陽系的邊界在什麼地方?

要想解答這一問題,首先我們需要知道太陽系的邊界在什麼地方,範圍到底有多大?我們目前有兩種定義,第一個是太陽風所能抵達的最遠之處,第二個就是太陽自身強大引力所能影響的最遠之處。

太陽風所能達到的區域

首先我們來了解一下太陽風所能抵達的最遠之處。太陽風就是從太陽表面出發的高能帶電粒子流,大量的粒子向四面八方輻射並且遠離太陽。它們會以很高的速度穿梭在太陽系內部各個天體之中,如地球等其他行星的極光就是它造成的。當檢測到太陽風速停止時(也就是撞擊到星際空間物質),那麼此區域就是太陽風的邊界。我們把太陽風所吹拂的地方稱為日球層(太陽圈),因為是輻射的,所以這是一個球形的空間區域。在日球層的外邊界,也就是日球層頂,是太陽風終止的最後位置,並且是星際空間的起點。根據理論的計算,由於太陽風與星際物質碰撞處會產生終端震波,所以球形空間會形成巨大橢圓形結構。迎風面的距離大約在80-100AU(天文單位:日地距離),順風面則大約在200AU處。這裡有多遠呢?它們已經超出了冥王星以及柯伊伯帶的軌道。

2013年9月12日,NASA確認,“旅行者1號”探測器在2012年8月25日已經離開太陽系(以太陽風作為定義)。NASA的發言人表示:“旅行者號已經到達了從來沒有任何人造探測器到達過的星際空間,這是人類的科學發展史上的一個里程碑。”當時旅行者1號距離地球約為122AU,就連最快的光速(約每秒30萬千米)到達這個位置都需要花費近17個小時之久,在這個地方看太陽的亮度只有約-16.3(不到滿月亮度的30倍)。目前旅行者1號距離地球約為143AU,以每小時6萬千米的速度朝向理論假設的奧爾特雲“奔去”。

上述是我們現有的人造探測器實際的路程,那麼我們用這個122AU來粗略算一下。我們假設目前人類製造的速度最快的探測器帕克太陽探測器將飛向太陽風停止之處,那麼我們就以每小時70萬千米(或每秒200千米)的速度來計算。計算前我們先來了解下AU的概念:很簡單,AU表示地球與太陽的平均距離值,其值為1AU約等於1.5億千米。那麼122AU就等於183億千米,根據帕克太陽探測器的速度,我們就可以得出,該探測器大約需要3年時間才能到達該區域。


飛出太陽系邊界需要多長的時間



太陽引力所能達到的區域

上面我們將了太陽風所能達到的最遠處,接下來我們將講解太陽自身引力所能達到的最遠處。與太陽風不同,太陽引力所能達到的最遠處比太陽風遠得多。

根據目前的理論,認為太陽引力場所能達到的最遠位置約為2光年(約125000 AU)之遠,這樣的距離已經影響到鄰近的恆星系統南門二(其中熟知的半人馬座比鄰星)。目前發現被太陽引力控制的最遙遠的天體為威斯特彗星,最遠距離太陽約為70000 AU,但如果以後人類對奧爾特雲有了新的瞭解,那麼這可能會改變。奧爾特雲是目前根據理論假想的一種被太陽引力控制的最為遙遠的天體群,據推測該區域是被類木行星強大的引力“摔”到太陽邊緣的,這一地方可能是冰彗星的起源地。空間範圍大約從距離太陽50000AU(約1光年)並延展至100000AU(1.87光年),擁有高達1兆的冰天體。

飛出太陽系邊界需要多長的時間


旅行者1號空間探測器 圖/NASA

飛出太陽系邊界需要多長的時間


帕克太陽探測器 圖/NASA

假如旅行者1號以目前的速度前行,那麼預計將在大約300年內到達理論上的奧爾特雲,並且需要花費大約30000年的時間才能穿過整個奧爾特雲。雖然它沒有朝向任何特定的恆星,但在大約40000年後,它將以距離1.6光年內經過格利澤445恆星,格利澤445星目前位於鹿豹座中,位置靠近北極星。該恆星目前以約119公里/秒(430000公里/小時,270000英里/小時)的速度朝向太陽系移動。美國宇航局說:“旅行者號們註定要永遠漂泊在銀河內。”

如果按照太陽引力邊緣2光年的距離來計算,那麼旅行者1號需要花費多長時間呢?首先我們要理解1光年是多遠的距離,然後根據旅行者1號目前的速度來計算。我們可以得出1光年等於光1年所走的路程,光速約每秒30萬千米,因此可以得出1光年約為94607億千米。再根據旅行者1號現在的速度每小時6萬千米,我們最終可以得出,旅行者1號大約需要花費17000年才能抵達2光年之處。如果我們按照帕克太陽探測器的速度每小時70萬千米(或每秒200千米)來計算,那麼可以得出,帕克太陽探測器大約需要花費1500年才能抵達2光年之處。想必那個時候人類已經不需要帕克太陽探測器這種速度不給力的太空飛船了,或許會有速度更快的宇宙航行“交通工具”。

1.WJ百科-英文版(Voyager 1/Solar System)

2.所有數據參數引用至NASA-Planetary Fact Sheets

3.Voyager 1 Real-Time Simulation

審核人員:北極光

最終審核:零度星系

編輯用時

:2018年09月23日-2018年09月25日

審核用時:一個小時

最後更新:2018年12月17日星期一

注意:所有信息數據龐大,難免出現錯誤,還請指出錯誤所在好加以改之。


全文排版:天文在線(零度星系)


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