用它做燃料一個月就能達到火星,但在浩瀚宇宙這速度太渺小

用它做燃料一個月就能達到火星,但在浩瀚宇宙這速度太渺小

奧運短跑冠軍在田徑場上的最快速度時速僅有不到40公里,全速奔馳的賽馬可以跑出近80公里的時速,賽車最高時速約為400公里,噴射戰機的時速可達一千六百公里,航天飛機約為時速二萬七千公里繞行地球,最後是發射到太空速度最快的人造物:全速飛往冥王星的新地平線號探測器,時速為八萬兩千公里。

用它做燃料一個月就能達到火星,但在浩瀚宇宙這速度太渺小

說到光速,在浩瀚宇宙中,沒有比光更快的事物,光速時終極速度,秒速為30萬公里,等於時速10億8千萬公里,的確很快,但到底是多塊?紐約和洛杉磯距離約為4000公里,光束能來回幾次?在一秒內,光束能來回近75次!

但即使速度飛快,光要抵達某處還是需要時間,有時會耗費大量時間。太陽和我們之間的距離,光要走八分鐘,所以你看到的太陽是八分鐘以前的太陽,如果太陽現在爆炸,你還可以享受八分鐘的歡樂時光,但是光一旦達到,一切都結束了。

由於光要花大量時間,才能穿越遼闊太空,光速其實跟電影演的不一樣。科幻片裡的光速旅行,就是坐進宇宙飛船按下光速鍵,群星會變大,飛速經過宇宙飛船。但是如果你真的以光速前進,然後往旁邊看,群星根本不會移動,你肯定以為自己弄錯了。群星不會瞬間掠過,因為每座星體都距離遙遠,即使以光速前進都要數年才能抵達最近的一座。

天體距離越遠,發出的光耀抵達地球就越久。事實上,太陽系外所有天體都距離數光年,一個光年約等於9460億公里。最近的恆星都在數光年外,最近的星系則都距離數十億光年,而宇宙的範圍還要更大。因此無論何時凝望夜空,我們看到的都是歷史。當我們看到數百萬光年外的東西,看到的其實是它們在數百萬年前的模樣,是它的遠古時期。

當一顆恆星在50億光年外爆炸,爆炸發出的光會在50億年後抵達地球,那意味著在47億年前地球形成時,那顆恆星早就爆炸了,但直到這時,我們才能從望遠鏡看到那道光,這讓科學家得以研究宇宙的發展過程。

沒有其他東西比光更快,但連光都要花數十億年,才能穿越遼闊宇宙,因此即使不斷突破速度上限,在遼闊的太空,我們的速度仍然微不足道。如果想探索太陽系最遠處,甚至跨出太陽系,我們必須發展新科技,想出新方法才能抵達。

探索太空的關鍵在於速度,我們前進速度越快,就能獲得更多信息。航天員是靠速度安全登陸月球,宇宙飛船也是靠速度才能前往火星,但即使全速前進,行星間的距離太過遙遠,仍需數年才能抵達。如果想前往外行星,又不想花費數年或數十年,我們需要能迅速前進的宇宙飛船,必須遠超過目前的速度。

在數十年前將人類送上太空的科技,跟現在使用的科技仍然大致相同,這些火箭燃料推動宇宙飛船,穿越大氣層進入太空。要讓宇宙飛船加速從地球升空,必須需要燃料,需要大量的燃料,讓航天飛機進入軌道所需的燃料,比宇宙飛船本身重20倍,要燃燒超過三百萬磅燃料才能把航天飛機推上數百公里,進入軌道繞行地球。可以想見需要將驚人的燃料量,能把宇宙飛船送往離地球數百萬甚至數十億公里之處。

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我們已經送出宇宙飛船前往外太陽系,但花了長達十年的時間。為了讓宇宙飛船更快抵達目的地,我們需要新科技,例如太陽帆,這能把陽光轉換成速度,太陽帆就像船帆,但不吃風,而是收集太陽發出的細微光粒子,稱為光子。陽光的能量是很純粹的能量,不含大批粒子,是純能量,當陽光照射到某物,光子的動量就轉移過去,但只有少量動量轉移,因為太空中沒有摩擦力,能減緩宇宙飛船的速度,這些少量動量會累積起來,把時速提高數十萬公里。我們就不用跟現在一樣,花10年才到冥王星,用太陽帆可能兩年就會抵達。如果能發射太陽帆探測器到太空,就可以取得有助於我們研究太陽系遠處的速度。

但要怎麼把載人宇宙飛船送往更遠的目的地?如果要讓航天員登陸火星,需要多快的速度?如果只靠化學燃料前往火星,方法會不切實際。如果想去火星,現在用化學燃料火箭大約需要8個月,這種任務風險極高,這是因為一旦離開地球的保護磁場,航天員會遭受致命高能輻射侵襲,在太空的航天員必須獲得活命機會。

科學家正在研發新引擎,可能以時速數十萬公里帶我們急速穿越太空,叫做磁電漿火箭。所有火箭都是運用的作用力與反作用力的原理,從一端射出物質,物質射出的作用力能把你推向另一邊。而科學家新研發的火箭能排出超熱電漿,穿透磁鐵以製造推力,有推力就有速度。因為電漿溫度極高,原子以驚人的速度移動,引擎內的磁鐵把這些高速原子排成一行,然後射出原子,製造推力。

由於磁電漿火箭有強大推力,科學家認為這能讓我們固定的來回火星等行星,有了這種科技,最快能在30天左右抵達火星。但目前磁電漿火箭仍在研發中。雖然人類越跑越快,汽車越來越快,計算機速度也在加快,我們使用的推動力還是跟數十年前一樣。由於速度是探索太空的關鍵,科學家要想出新方法加快速度。因為即使是以39天到達火星這樣的速度來計算,放在宇宙尺度,這樣的速度顯得太慢了,即使放在銀河系,這樣的速度也不值得一提!

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