人類為什麼無法飛出太陽系?飛出太陽系需要什麼條件呢?

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太陽系

太陽系是我們人類所處的恆星系統,一共有八顆行星圍繞太陽旋轉,其中還有許多衛星和五顆矮行星還有數以億計的小天體。

太陽系的邊緣

在太陽系中,離太陽最遠的行星是海王星,海王星之外是天體密集的圓盤狀區域,我們稱之為:柯伊伯帶,一開始科學家認為柯伊伯帶已經是太陽系的最邊緣,後來發現,在柯伊伯帶之外還包裹著奧爾特雲,其直徑長達兩光年,是太陽系的最邊緣。


人類現在的飛行器最遠飛到了哪呢?

人類飛的最遠的飛行器就是旅行者一號,由1977年9月5日發射到現在已經飛行了長達41年,期間,依靠行星引力彈弓效應不得加速,穿越了太陽圈進入了星際空間中,距離太陽211億公里,大約為20光時。但是,旅行者一號想要飛出太陽系還要幾萬年的時間。


想要離開太陽系需要哪些條件呢?

以目前人類的科技水平來說,通過化學動力火箭幾乎不可能,即使把整個地球的所有燃料都用光都不可能飛出太陽系。

隨著科技的進步,如果未來人類掌握了可控核聚變技術之後,通過核聚變產生的能量來作為飛船的動力,其足以讓人類飛出太陽系了,因為宇宙中最不缺的就是氫元素。

然而解決了能源問題,又出現了一個新的問題,那就是人類的壽命,雖然核聚變的能源足夠我們離開太陽系,但是人類的壽命過於短暫,就算以核聚變為動力,離開太陽系也需要幾十年的時間,那麼接下來人類必須掌握人體休眠技術,通過人體休眠來達到延長壽命。人體休眠技術難點在於解凍的同時不能破壞細胞機構,樂觀估計,人體休眠技術也要等到下個世紀了。

可以預測,在未來幾百年內人類只要突破了核聚變技術和人體休眠技術,就可以離開我們生活了幾百萬年的太陽系了,飛向更廣闊的星海。


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太腦洞了啊,題主這個關於人類想要飛出太陽系的問題範圍比較大,因為沒有說清楚只是航天器飛出太陽系還是載人飛船飛出太陽系,那麼在這裡,小地就從這兩個方面展開分析。

1、航天器為什麼無法飛出太陽系,如果要飛出太陽系需要具備哪些條件?

我們都知道,太陽系的半徑約為1光年,也就是約為9.5萬億千米,按照最快且飛離太陽最遠的飛行器旅行者1號平均16.61千米/秒的飛行速度計算,需要飛行約18000多年,然而截止到今天,旅行者才遨遊太空僅42年。1977年旅行者1號探測器是在美國佛羅里達卡納維拉爾角發射基地通過泰坦三號E半人馬座火箭發射升空的,目前距離太陽約為220億千米,速度v=22000000000/60*60*24*365*42≈16.61千米/秒。

目前世界各國所發射的航天器,都是通過火箭燃燒化學物質所產生的推力實現升空的,由於火箭的絕大部分質量是燃料的重量,一方面限制了火箭的起飛速度,同時也限制了有效載荷的質量,而即使有效載荷攜帶的同位素溫差發電機,也有一定的壽命(旅行者1號或將於2020年前後因沒有電能供應而像一隻無頭的蒼蠅在星際之間遨遊),因此僅靠化學能量轉換來獲取推力的航天器幾乎是不可能飛出太陽系的。

但是,如果在未來的某一天,咱們人類如果能發明一種飛船,其速度可與超新星爆炸時向外拋散物質的速度一樣達到30000千米每秒(約為十分之一光速),屆時飛離太陽系僅需10年,這對於人類探索宇宙具有極大的意義。

2、載人航天器為何飛不出太陽系,如果要飛出太陽系又需要具備哪些條件?

1969年7月20日,美國宇航員阿姆斯特朗在成功登陸月球后說了"one small step for a man, one giant leap for mankind",意思是這是我邁出的一小步,卻是人類邁出的一大步,然而截止到目前,人類的腳印也僅僅只是踩在了距地約38萬千米之遙的月球,人類要想走出太陽系還任重道遠。

在上文中,我們計算了現有技術條件下的非載人航天器飛出太陽系需要的理論時間約為18000多年,而對於載人航天器裡的宇航員而言,則涉生老病死以及子子孫孫和孫孫子子的延續問題,否則就是就相當於送了一批“木乃伊”進入了太空,因為時間跨度實在是太長了,甚至超過了中國上下7000多年的輝煌歷史。

同樣,如果想要載人航天器飛出太陽系,其飛行速度則要超過十分之一光速甚至是二分之一還要多,這樣才能減少宇航員在太陽系的穿越時間,畢竟送入太空還得返回地球。


地理那些事


目前人類為何無法飛出太陽系?

主要原因還是因為太陽系太大了。關於太陽系的邊界,目前的主流觀點是以奧爾特星雲為邊界,這麼算來,太陽系的半徑大約有一光年,也就是6萬多天文單位(日地平均距離)。

還有就是,人類目前的飛行器的速度實在是太慢了。最快的人造飛行器已經達到第三宇宙速度,但卻只有16.7千米每秒,相比於光速微不足道。要到達太陽系邊緣,人類目前需要18000多年。

美國宇航局於上世紀70年代發射的兩個旅行者號探測器,目前已經到達日球層頂了(太陽風與星際空間的邊界),但這也只有120個天文單位,離太陽邊緣還差得遠呢。

離地球最近的恆星為比鄰星,距離地球4.2光年,到達比鄰星,以人類目前的技術大約需要7萬多年。人類有文字記載的歷史才5000年,近代科學才誕生不足500年。可能到下一個世紀,人類都不一定能夠飛出太陽系。

飛出太陽系需要什麼條件?

要想飛出太陽系,首先要在速度上有突破,其次人類還必須適應長期太空生活,能夠建立完善的維生系統。

目前人類還使用的是傳統的化學燃料推進的火箭,但能效比太低,攜帶很多燃料才能產生很小的推力。目前科學家們正在研發等離子推進器以及光帆技術。歐洲航天局目前已經成功發射了用等離子推進器進行推進的探測器。用太陽風作為動力的光帆目前還在研究之中,還有用激光進行推進的激光帆。這些都是用緩慢的推力進行加速的技術。


蟲洞、曲速引擎等,都還屬於科幻層面。反物質推進技術還能遙遠,目前在地球上製造1g反物質都非常困難。最期待的還是核聚變技術,可以用很少的能源迅速的將宇宙飛船加速到很高的速度。人類雖然能夠利用核裂變技術進行發電,核聚變技術也正在研發途中,但要想把它們真正應用在航天飛行當中,還有很多技術難關要攻克。

至於讓人類適應太空,最快捷的辦法可能就是改造基因了,但這也面臨很多倫理問題。遠距離太空航行,還需要帶上重力,以及構建一個完整的生態圈,食物必須要自行生產。



科學探索菌


我覺得未來有可能,只是需要相當長的時間。要克服的技術有很多,我歸納一下,大概有5個維度。

1.發動機

2.人類壽命問題

3.導航

4.補給

5.宇航員的心態


發動機

太陽系之大,其實人是很難有個概念的,就這麼說吧,地球在太陽系裡連個沙子算算不上,所以要實現太空旅行,這距離不是一般的短,就是到鄰居比鄰星那裡,就有4.22光年,動不動就要上萬年的旅行,中間還會出現很多意外,雖然用不到像汽車那樣一直加速(因為沒啥阻力),但時時要調整方向,躲避各種障礙物,也是需要燃料的。所以,如果用氫作燃料,其實我們飛不了太遠。也就是說,要實現飛出太陽系至少需要用的高可控核聚變。如果我們技術足夠牛逼,用於正反物質湮滅的技術,那就更好了。



人類的壽命問題

按照現在科學家對於DNA端粒的研究,認為人類的壽命極限是120歲,而這麼遠距離的太空航行,120年實在太短太短了。也就是說,我們需要一些能夠克服壽命太短的技術,比如:冷凍技術。但是這也勢必會帶來一些倫理問題,比如:宇宙員被冷凍了50年,醒來後,兒子都比自己年紀大了,尷尬不尷尬?


導航

這裡的導航,是指我們能夠調整最佳的線路,並且預知一些意外情況,而我們目前開出即將離開太陽系的衛星幾乎都和地球斷了聯繫。也就是說,如果太空旅行,就完全需要靠自己導航,那意思就是說,我們可能需要帶一個很牛逼的望遠鏡和雷達上路,這重量可不小,還要經常維護。


補給

上萬年的航行,補給其實十分重要,無論是宇航員攝取的食物,還是發動機本身的燃料,還有一些額外的,比如:藥品,日常用品等等。這些補給如何能最科學地攜帶到太空?比如:食物如何能做到既不在空間,又能吃得飽。


宇航員的心態

飛出太陽系可是超級漫長的旅程,宇以前宇航員最多待個幾年,現在可能是一輩子都在上面,如果只有幾個宇航員,還要輪流值班,那幾十年如一日,心態肯定會崩的,這個時候其實是需要在航天器上建立一個小型的社會,而太空旅行的社會應該是什麼樣子的?其實也是需要科學家好好思考的問題。


所以,其實飛出太陽系並不只是航天器的發動機夠了就行,他需要生物學,信息科學,社會學等等各學科綜合起來才能實現的體統工程。


鍾銘聊科學


人類要想飛出太陽系,必須拋棄目前以化學物質快速燃燒產生推力的火箭,從根本上改變人類的能量獲取方式,太陽系1光年的半徑,指望化學燃燒產生的推力太低效了。

目前人類火箭可以說都是以“燒火”的方式產生動力,利用特殊設計的發動機,將氧化劑和燃料高速向外噴射,產生一定的動力將飛船送到地球軌道上,但是這樣的推進方式太低效了,首先極大地增加了火箭的質量,800噸的火箭才能送十幾噸設備到地球軌道上,火箭的大部分質量都被燃料佔據了,儘管火箭攜帶的燃料和助燃劑都是數百噸,但卻只能將飛船送到地球軌道、加速到第一第二宇宙速度,每秒都要燒掉很多燃料,無論是從火箭的運載能力還是從火箭燃料的燃燒來說,效率都是比較低的。

火箭攜帶的燃料少,難以將飛船加速到第三宇宙速度,飛船攜帶的燃料更少,只能通過引力彈弓效應類加速飛船,美國的旅行者1號、2號都是藉助太陽系外側巨行星才達到了第三宇宙速度,向著太陽系外側飛去。但僅僅突破第三宇宙速度基本不可能飛出太陽系,第一人類對太陽系質量的測量未必十分準確,第二一光年的半徑指望16.7公里每秒的速度飛,需要幾萬年才能飛出去,不管是人類的壽命還是可以製造的飛船體積都不能支撐這麼遠的飛行。想要跨恆星系統飛行,飛行器的飛行速度必須達到光速的10%及以上,就這也得好些年才能飛出去。

人類目前無法飛出太陽系,就是人類科技水平還遠遠不足,能量的運用方式還比較初級,人類必須掌握可控核聚變這種近似無限的能量產生方式,將人類的壽命極大提升後才是跨恆星系統旅行的時候。


來看世界呀


簡單來說,速度是制約人類能否飛出太陽系的最主要原因!

目前人類發射的各種探測器都是用的是傳統化學燃料作為動力推進方式,說白了,化學燃料與古代人類適用的火源本質上是一樣的,是最原始的能源推進方式!

而化學燃料能源轉化率相對來說非常低,而且先用體積和重量非常大,現代火箭推進系統中,火箭的大部分質量都是化學燃料本身,這極大地限制了火箭的利用率!

而理論上用傳統化學燃料能源最多讓人類登陸火星,想要飛的更遠必須使用更高效更強大的動力推進,比如核能,可控核聚變!

太陽系直徑達到2光年,目前飛得最遠的人類飛行器旅行者一號飛行了42年也只是飛行了20光時,大約200億公里,要想飛出太陽系還需要近2萬年的時間!

除了速度因素,安全和食物供給也是很重要的,當然速度是主導因素,只要速度足夠快,其他方面的要求就會降低很多!


宇宙探索


只能說以目前人類的技術水平還不能飛出太陽系。未來技術發展不可限量,飛出太陽系只是時間問題。那麼飛出太陽系需要哪些條件,目前阻礙人類飛出太陽系的主要問題是什麼呢?

所謂飛出太陽系,當然不是僅僅飛出冥王星軌道,而是要進一步飛出柯伊伯帶奧爾特雲,至少可以到達比鄰星系,完成恆星際航行。這個距離是4.2光年,大約40萬億公里。這樣遠的航行,目前主要障礙是能源和動力問題,其他都可以想辦法解決。比如航天員壽命問題,藉助冬眠技術輪流值班當然可以,那也需要大量的儲備航天員,何況冬眠技術現在還沒有實現。以現代的技術,只能採取太空繁殖後代的辦法。我們可以限定比如十男十女,或者全用女性。為防止近親繁殖,飛船上要提前攜帶人類冷凍受精卵,這個目前技術可以實現。這樣女性生育的就都是沒有血緣關係的後代了。當然要有計劃的生育,總人口不超過三十到五十人。

燃料問題是大問題,以目前的化學燃料肯定不行。理論上只要持續給力,速度可以無限增大。但是持續給力需要消耗燃料,而這些燃料必須在地球上提前一次性備足。中途不能停下來補給,如果停下來就白加速了。況且中間則沒有可以補給的落腳點。而一次性備足的話就是一個不小的量,無論體積質量都是巨大的。這同時就必須增加飛船的質量,而增加了質量就又得提高動力,提高動力就得多消耗燃料。這是一個不可能的死循環。就像我們駕駛一輛汽車在幾萬公里的大沙漠裡前行,所有汽油得提前攜帶。攜帶這麼多汽油又要增加動力,增加動力又要消耗汽油。

恆星際航行需要解決的就是這個燃料問題,要求能效高的燃料。即用很少的燃料就可以產生極大的動力。目前可以預測的是氫聚變燃料,氫聚變的能效當然比化學燃料高很多,但是跨星際航行的話還不夠。未來可以實現的還有反物質技術,那個能效更高。


多維觀世界


首先,人類的飛行器可以飛出太陽系,只要超過第三宇宙速度就可以了。


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