对天空亮一下手电,明天光会不会出太阳系了?

趣问


如果对天空亮一下手电,这点功率的平行光,早就被大气散射或者吸收了,连远处的高楼都难以照亮,不要说飞出大气层,飞出太阳系了。

当然如果只是假设一种理想情况,比如换成更大功率的激光,或者假设手电光没有任何衰减,那么一天时间以光速也可以飞行很远的距离,我们都知道光速是爱因斯坦相对论所定义的运动物体速度的极限,只有光在真空中可以实现每秒30万公里的光速。

而太阳系的尺寸目前还没有确切的数字,但远远不止我们平常看到的包含八大行星这样的一个范围。按一般恒星的引力控制范围,太阳系的尺度也应该在光年的量级上,也就是光要走一年,所以这点手电光要飞出太阳系,也至少需要一年的时光。

虽然光速相对于我们日常各种交通工具的速度已经是令人震惊了,但相比起宇宙中,恒星之间数个光年的距离,银河系等星系动辄数十万光年的范围,光速还是显得太慢了,除非旧的物理规律被打破,科幻中的虫洞,时空折叠等可以实现,我们才不会对星际旅行产生绝望。

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量子实验室


如果忽略大气以及其他因素的影响,只要对天空照射一下手电筒,这些光就会以光速(每秒约30万公里)在宇宙中不断行进。至于一天时间能否飞出太阳系,答案是否定的,光在一天的时间内还离开不了太阳系。

虽然光速很快,但太阳系的范围也不算小。海王星距离太阳大约30天文单位,光从地球传播到海王星轨道需要大约4小时的时间。不过,海王星不是太阳系的最终疆域,在此之外还有柯伊伯带、离散盘。事实上,太阳引力的主宰区域可以至少延伸到1光年之外的奥尔特云。也就是说,从地球上发出的光要离开太阳系,至少需要一年的时间。

虽然光用一天的时间远不足以飞出太阳系,但足以超过已经在太空中飞了41年的旅行者1号。这艘最远离地球的无人探测器现在距离我们大约20光时,即光传播20小时的距离。

如果没有阻挡,手电筒发出的光就会在宇宙中一直传播下去。然而,由于地球大气的影响,能量较低的手电筒的光将有可能无法穿透地球大气层,而是会在大气中耗散掉。


火星一号


如果按照常规的思维来看,手电照一下天空,光线是出不了地球的。手电的光强度有限,且手电的光不是平行光源,会成一个圆锥形散开。这样手电它所发射的光会快速地散开,且被稠密的大气层折射和吸收,即便少数光子穿过障碍逃出地球,还需要面临星空中各种陨石和行星的阻挡。基本上可以认为光线出了地球,就检测不到了。



如果是使用激光,且功率强大,则有可能会穿过大气层直接向着太阳系远处飞去。激光的光子密度高且光线不分散,穿透力强,传播距离极远。潘院士的地-空量子密钥分发实验,就是以激光做为通信信道实现的。



如果是这种大功率激光手电照射天空,则我们可以来计算一下激光在一天内跑出的距离:

即s=24*3600*c=260亿千米,约173天文单位。

如果按照太阳风触及到的范围算太阳系大小,则太阳系半径为100-160天文单位,这样这束光确实飞离了太阳系。



目前人类发射的距离地球最远的航天器旅者者一号,距离地球约211亿公里,则这束光已经超过了旅行者一号。


科学探秘频道


嗯,这个事情的关键其实不是光,而是太阳系。谁都知道光的速度是每秒30万公里,你拿着手电筒,对着天空晃那么一下,那光蹭蹭蹭就顺着光柱爬上去了,一秒跑三十万公里,比孙悟空的筋斗云还快呢,只要不是大气层把它完全吸收或漫射掉——但几乎可以肯定会这样,毕竟空气和尘埃不是吃素的,但我们这是在做思想实验不是?就让我们尽情地忽略掉空气和灰尘吧,反正我们的思想也不需要这些个东西。

在万分之3秒后,这束光已经冲出了大气层的稠密区,进入了外太空,这时候你的眼皮可能都还没来得及收回来;

1.3秒后,它已经和月球擦肩而过,顺便抛了个飞吻给嫦娥,嫦娥大骂了一句流氓,不过它已听不到了;

8分20秒,它从太阳身边飞过,用挑衅的眼神瞄了一眼太阳:哥今天就要冲出你的势力范围!太阳冷哼一声:走着瞧!

20分钟后,它看都不看一眼,就从火星身边冲过去了,好奇号想和它打个招呼都没有机会;

40分钟后,它差点儿撞进一个猩红色的大红斑里,幸好及时侧了一下身子才躲开,不由得骂了一句:好狗不挡道!

80分钟后,它看到了一个腰上围着一圈圈圆环,正在跳夏威夷草裙舞的星球,兴奋得打了一个唿哨,被恩克拉多斯给白了一眼。

手电光冲啊冲,有两个多小时什么也看不到了,它以为自己已经冲出了太阳系,非常高兴。就在这时,一个蓝色的冰巨星横在前面挡住了去路:呔,我是太阳的七儿子,晓事的赶紧留下买路钱来!

手电光落荒而逃,4个多小时候,又一个冰巨星挡住去路,这次它学聪明了,直接绕道而走。

5个多小时后,一个小矮个星球在黑暗的太空里掩面哭泣,手电光慈心泛滥,同情地问它怎么了。小矮个说,呜呜,我被他们开除了……

就这样冲啊冲,冲啊冲,差不多冲了20小时,手电光遇到一个奇怪的小不点,正吭哧吭哧赶路,便问它:Hello,这里是太阳系边缘吗?小不点说:嗨,来自地球的老乡,这里是日鞘层顶,太阳风吹到这儿就吹不动了,你自己想说是太阳系边缘也可以,但太阳不见得会同意,前面还有奥尔特云,里面有很多彗星围着太阳转呢。

啊?还有多远啊?

嗯,照你这样的速度,还要走一年吧。

手电光一听,顿时就晕了过去。太阳在远处哼了一声:小样儿!我的势力也是你屁亮屁亮的小不点儿可以挑衅的?


徐德文5分钟科学频道


对天空亮一下手电,明天光会不会出太阳系了?

首先明确一下,在地球上用手电对着天空照射一下,因为大气层以及大气中的水蒸气、粉尘、颗粒物、漂浮物的遮挡、散射等因素,再加上手光线本身在不同大的大气分层之间的折射、反射等,手电发出的光线根本就飞不出地球的大气层。虽然这么回答是科学严谨的,但是我想各位读者肯定不会满足,那我就假设光线不受上面我说的各种因素的影响,然后来回答一下。

在回答题主的问题之前,我们必须要讲清楚两个基础的物理学概念,即:光年与天文单位。

在宇宙星系尺度上,如果用平时我们常用的公里来描述天体之间的距离那给记录、计算、分析带来极大的不便,因为天体之间的数字那可是货真价实的“天文数字”!所以一般宇宙星系尺度上我们采用光年或天文单位来衡量星体之间的距离。

光年,长度单位,即光一年传播的距离。光一秒钟大约300000公里,光在一年时间中行走的距离约为九万四千六百零五亿公里(约为94605亿千米)。

天文单位,就是太阳到地球的平均距离,一个天文单位的距离是1.496亿公里,天文单位用AU表示。

根据上面的数据,我们可以得出,1光年(ly)=63241.0770843天文单位(AU)。

明白了这两个基本的宇宙测量单位,我们来看看太阳系到底有多大。随着科学家们的不断探测,发现在众所周知的八大行星之外,在距离68个天文单位的地方发现了阋神星,这里时太阳系中的柯伊伯带,彗星的发源地。柯伊伯带外面是奥尔特云,奥尔特云是太阳系的最外层,这里充满了太阳系形成初期残留物质和尘埃。奥尔特云的边缘已经距离太阳50000到100000个天文单位。

根据上面的基础知识的介绍,下面我们来计算题主的问题,根据题主的意思,我们计算光一天所走的距离为:1光年÷365=63241.0770843天文单位(AU)÷365=173.26天文单位(AU)远远小于50000天文单位,所以根据计算我们知道,即使不考虑大气层对手电光线的影响,一天以后手电发出的光还在太阳系内,并没有飞出太阳系。

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白说世界


那得看你给太阳系范围的定义了。


如果是按照太阳风和星际物质交界处(称为日球层)的距离,光线飞行24小时的距离确实超过了日球层,并且还超过了旅行者一号这颗发射于41年前的探测器(它是目前飞的最远的航天器)。

如果按照奥尔特云来规定太阳系边界,那就差远了,因为奥尔特云的半径就差不多一光年了,这个半径的长度相当于光跑一年的距离,很显然,24小时只是它的三百六十五分之一。


此外题目中说的用手电筒对天空亮一下,实际上这些光甚至都不能完全穿透大气层,当然了,题主的本意可能只是想知道一下光速在直观层面上到底有多快。

最后还是忍不住插一句:

光速真的太慢了,因为宇宙实在太大了。

虽然光速一秒能绕地球七圈半,但同可观宇宙相比,后者的直径就已经够光子跑920亿年了。

并且由于宇宙膨胀,现在距离我们140亿光年外的景象已经永远不能传播到地球了,因为那里的膨胀速度和光速相等。

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赛先生科普


提出这个问题想必是因为对太阳系大小非常不了解,或者了解局限性很大!

我们都知道太阳系有八大行星(第九大行星冥王星被降级为矮行星),最外面的行星海王星距离地球大约2.6光时,而海王星外面的冥王星距离地球为5.6光时左右!

但如果你认为太阳系的范围到冥王星就结束了,就大错特错了,冥王星远不是太阳系的边缘,而且距离太阳系边缘还很远很远!

冥王星外面是更为广阔的奥尔特云,而太阳系的半径大约1光年左右(科学家们把太阳引力的作用范围看做太阳系的大小,1光年的地方大约就是太阳引力与系外天体引力的平衡处),所以,太阳系绝大部分都是奥尔特云!

一光年,也就是光飞行一年的距离,所以很明显,你用手电筒照一下天空,光飞行一天肯定不能飞出太阳系,理论上需要一年才可以!

但实际上手电筒的光很可能连地球都飞不出去,因为手电筒的光太微弱了,经过地球大气层时会被大气和尘埃分子折射,散射,吸收,最终还没有飞出大气层就消失不见了!


宇宙探索


先说理想情况,就是不考虑能量消耗衰减,也不考虑是否有物体遮挡。太阳系最外侧行星冥王星距离太阳约60亿公里,地球距离太阳1.5亿公里。之间差为58.5亿公里。光线每秒30万公里,从地球跑到冥王星轨道需要2万秒,大约需要5个半小时。这当然不是太阳系的边缘,外面还有柯伊伯带奥尔特云等,奥尔特云半径大约0.5光年,需要半年时间才能到达。

实际上光线传播过程能量是逐渐衰减的,太阳光从太阳表面出发时单位面积接收光能很高,到达地球轨道时就很少了。衰减程度和距离的平方成正比,球的表面积S=4丌r^2。到冥天星轨道就更少了。我们用手电筒照射出的莹火之光,衰减得更小。考虑到地球大气吸收,可以说走不出多远。多远呢?一千米之外肉眼就看不到了,一万米外仪器也很难测到了。即使不考虑空气,在太空中照射,十万米之外就什么也测不到了。

这当然是因为手电功率小,光线也不集中。如果是强功率激光,估计能传上百万公里。再远也就不好说了。

超强功率电磁波可以传播更远,但是仍然出不了太阳系。目前旅行者一号己经飞出几百亿公里,和地球的信号传递己经出现障碍,估计很快就失去联系了。

就目前人类科技而言,无论是人造物体还是通信信号,都还不能飞出太阳系,指包含奥尔特云的大太阳系。


多维观世界


答:一般认为太阳系的边缘是奥尔特云,距离太阳有1光年,所以你昨天发出的手电光,是无法走出太阳系的。


柯伊伯带

其实大多数时候,人们都会狭义地认为,柯伊伯带以内为太阳系范围,因为我们看到的绝大部分太阳系图片,都只标注到柯伊伯带;柯伊伯带直径从50~200个天文单位,而200天文单位的距离,光需要传播42个小时。

但是在天文学上,并不是这么定义太阳系边界的,在太阳系形成之初,还是一片太阳系原始星云,星云物质来自于之前的超新星爆发;然后再引力作用下星云逐渐聚集,最后形成了我们太阳和各大行星。


奥尔特云

在星云塌缩过程中,因为引力作用的距离有限,导致超过一定范围的星云无法塌缩,这部分星云一直残留至今,叫做奥尔特云。

按照天文学家推测,奥尔特云像一个球壳一样,包裹着整个太阳系,距离太阳大约1光年远;也正是奥尔特云的存在,受其他恒星的引力慑动影响,时不时地使奥尔特云内的天体,进入到太阳系内部,形成了各种彗星。


从恒星演化的角度看,奥尔特云处于太阳引力的边界地带,所以把奥尔特云看做太阳系边界是最合理的,这也是目前主流天文学的观点。

所以,对于题目的疑问,用强光手电在夜晚朝太阳系外射出一束光后,如果不考虑被其他天体阻挡和星际物质吸收,那么:

(1)35分钟后,光线到达木星轨道;

(2)6.8小时后,光线超过冥王星远日点;

(3)20小时后,光线追上旅行者1号;

(4)28小时后,光线穿过柯伊伯带;

(5)一年后,光线穿过奥尔特云,走出太阳系。


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艾伯史密斯


对着天空亮一下手电,明天光会不会出太阳系?

手电发出的光与激光不同是发散的。如果天上有云,小小的手电发出的光,根本连地球都跑不出去,就被大气及云层散射吸收了。如果亮手电时天空晴朗万里无云,在太阳系内的传播过程中手电发出的光没有遇到障碍物,或者说没有被完全吸收及反射,那么还是有少数光子能逃出太阳系。

目前科学界还没有明确的太阳系边界范围,因为对太阳系的边界问题目前还存在争议。考量邻近的恒星,估计太阳的引力可以控制半径2光年的范围。如果以奥尔特云为边界,太阳系的半径大概在0.5光年以上。如果以日球层顶为界,大约是100天文单位左右。



地球到太阳的距离为1.5x10^8千米,即一个天文单位。光的传播速度很快,大约30万千米每秒,光只需用8分多钟就能从太阳传播到地球上。一天24小时,光跑一天大概有2.6x10^10千米(约173天文单位)。如果把日球顶层看作太阳系的边界,那么手电的光一天就能跑出太阳系;如果太阳系的半径有0.5光年,很显然,用一天的时间光根本出不了太阳系。

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