如何才能前往4.22光年外的比邻星?科学家:至少掌握可控核聚变!

星空承载梦想 2024-08-09 08:49:10
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现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前,有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个地爆炸以后,我们的宇宙快速的向四周膨胀,经过138亿年的时间,宇宙才膨胀成我们现在所看到的样子,宇宙中的天体都是在宇宙大爆炸之后形成的,地球是太阳系中的一颗行星,在太阳系中一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,在海王星的外面还有一颗冥王星,曾经冥王星也属于一颗行星,但是后来科学家认为冥王星的体积和质量都太小了,于是将它踢出了行星的行列。在太阳系的八大行星当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球,生命的出现给地球增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘。

现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快,当人类走出地球之后,人类才知道宇宙的浩瀚,宇宙中恒星和行星的数量非常多,而我们的地球只是其中一颗,在太阳系的附近,距离最近的一颗恒星是比邻星,比邻星是距离太阳系最近的恒星,距离地球大约4.2光年左右,它也被称为半人马座a星,国际天文学联合会定义的专有名称是比邻星,这是一颗非常小且暗的低质量红矮星,视星等为11.13,无法用肉眼直接看到,需要使用中型望远镜才能够观测到,其光谱分类为M5.5V,质量只有太阳的12.21%,半径约为太阳的1/7,直径大约214646km,只比木星的平均直径高出55.15%,但质量却高达木星的128倍。表面温度为2980K,比太阳低很多。

比邻星在主序星阶段,年龄大约是48.5亿年,相对其4万亿年的生命长度处于非常早的时期,但它又是一颗活动频繁的耀斑星,经常会爆发大规律的恒星耀斑活动,恒星磁场来自内部对流,活动剧烈时产生的X射线强度和太阳相当,它的色球层非常活跃,即使在宁静状态下,其星冕温度能够到达350万k,而太阳只有200万k,耀斑活动周期大约是442天,远小于太阳的11年周期,在轨道运动方面,比邻星以一个周期约为511000年,离心力为0.5的轨道和南门二AB双星相互绕行,二者最近时距离约4100au,最远时12300au,它们位于半人马座方向,南门A星和B星的亮度足以用肉眼观测,从地球南半球的位置观测它最佳,南门二的A星和B星在相互旋转、最近距离仅为23个天文单位。

比邻星C星围绕A星B星做公转运动、根据观测它们之间的距离达到了0.2光年,因此A星和B星是一个双星系统,C星就好像闯入的小三一样围绕它们的共同运转。在2017年夏天,人类成功发现了绕着比邻星公转的第一颗行星、取名比邻星b。后来又发现了第二颗行星,取名比邻星c。而随着长时间的研究发现,比邻星b最可能宜居,因为它处于宜居带内、距离比邻星726万公里。科学家通过对比邻星附近的行星进行研究,发现有一颗行星上面可能存在生命,这颗行星就是比邻星b,比邻星b是一颗岩质行星,它的体积和质量都和地球类似,这就意味着这颗行星上面可能存在生命,不少科学家认为,如果我们能够在比邻星上面发现人造光,那么就说明这颗行星上面存在智慧生命。

在我们地球上,夜半球的人造光亮度大约是昼半球自然亮度的百分之0.001,科学家认为人类的新一代太空观测设备能够在比邻星b上面发现人造光,为此科学家计划在2035年发射大型紫外光红外测量仪,到时候我们或许能够看到比邻星b上面的真实情况,除此之外,人类想要知道这颗行星上面是不是真的存在生命,还有一个办法就是亲自登陆这颗行星,这样我们就能够准确判断出比邻星b上面是不是有生命存在。目前人类的飞行想要飞到比邻星附近几乎是不可能的,毕竟人类的飞行速度有限,现在人类最快的飞行器是帕克号太阳探测器,它于2018年发射,在绕日飞行的过程中创造了新的速度记录,2023年9月27日,这个探测器以每小时635266公里的速度穿越太阳系,打破了它自己在三年前创造的每小时586863公里的记录。

简单来说就是每秒192千米,这个速度对于人类来说已经是非常快了,但是即使是这么快的速度,想要到达距离地球最近的比邻星,也是非常漫长的,比邻星距离我们大约有4.22光年,1光年约等于9.46*10^12公里,4.22光年就相当于3.992*10^13公里,以帕克号探测器的速度前往比邻星,所需要的时间大约是6600年,这个时间对于人类来说实在是太漫长了,所以人类想要飞到比邻星,就必须想其它的办法,对此有不少科学家认为,人类想要成功登陆比邻星,至少需要掌握可控核聚变,看到这里,可能有很多人会产生一个疑问,什么是可控核聚变?简单来说就是能够被人类控制的核聚变技术,核聚变能够产生巨大的能量,我们的太阳之所以能够燃烧这么长时间,就是因为内部核聚变的反应。

在太阳的总质量当中,氢元素占据了百分之70左右,核聚变反应就是氢元素转化为氦元素的过程,不过科学家通过研究发现,想要发生氢核聚变需要一定的条件,而太阳内部正好满足了这种条件,核聚变在太阳中的运作方式是将普通的氢原子融合成氦-4,并且在这个过程中释放出能量来,科学家经过研究发现,太阳每秒钟要消耗420万吨质量,这部分质量会以能量的形式释放出来,太阳到现在会以能量的形式释放出来,太阳到现在已经燃烧了46亿年,按照计算得出,太阳已经消耗了6*10^26吨质量,球的质量只有5.965*10^21吨,相当于消耗了10个地球的质量,不过这对于太阳来说微不足道,毕竟太阳的质量非常大,它的总质量达到了1.9891*10^27吨,消耗掉的质量只有百分之0.03。

地球每秒钟接收到的能量大约只有22亿分之一,大家不要小看这22亿分之一的能量,它相当于地球上100万吨煤炭燃烧的能量总和,所以核聚变的能量对于人类来说取之不尽用之不竭,这也是为什么科学家要积极的研究可控核聚变的原因,而且可控核聚变能够提供近乎无限的清洁能源,核聚变的原料通常是氢的同位素氘和氚,氘在海水中大量存在,而氚可以通过锂的转化获得。地球上的海洋蕴含着极为丰富的氘,据估计,这些资源足以满足人类未来数十亿年的能源需求。和传统的化石能源相比,核聚变不会产生温室气体和污染物,对环境的影响极小,能够有效解决能源短缺和环境污染这两大全球性问题。而且可控核聚变的安全性相对较高,和传统的核反应堆不同,核聚变反应只有在特定的条件下才能够发生。一旦发生故障,反应会自动停止。

目前来说,想要实现可控核聚变还面临着多个难题,比如说实现高温等离子体的有效约束是一大挑战,核聚变需要在极高的温度下(约1亿摄氏度以上)使原子核具有足够的动能来克服彼此之间的斥力,从而发生核聚变反应,在这样的高温下,物体会变成等离子状态,如何能够将这种高温等离子体稳定的约束在一个有限的空间内,并且让其长时间保持,是一个非常关键的问题,其次材料的耐受性面临严峻考验。在可控核聚变装置内部,由于高温、高能粒子辐射、强磁场等极端条件,对所用材料的性能要求极高。现有的材料在这样的环境中容易发生腐蚀、脆化、变形等,难以长期稳定工作。寻找和开发能够承受这些恶劣条件的新型材料,或者对现有材料进行改良和优化,是一个待解决的难题。

而且能量输出和输入的平衡也是一个重要的问题,为了启动和维持核聚变反应,需要消耗大量的能量来加热等离子体、产生磁场等等,目前人类的可控核聚变技术还处于起步阶段,有一些科学家认为,在未来30-50年内,有可能实现可控核聚变的初步商业化应用,然而这取决于很多因素,包括技术突破的速度,资金投入的规模和持续程度、国际合作成效等,虽然目前我们在可控核聚变的道路上已经取得了一定的成果,但要真正实现可控核聚变的广泛应用,可能还需要非常漫长的时间,或许是几十年,也可能是几百年的时间,而且如果人类能够将可控核聚变技术运用到飞船飞行速度上面,那么人类就能够大幅度的提升飞船的飞行速度,这样人类飞到比邻星就容易多了。

现在人类提升飞船速度还需要借助引力弹弓效应,引力弹弓的原理基于爱因斯坦的广义相对论,它利用了天体的引力场来改变宇宙飞船的速度和轨道,当宇宙飞船接近天体时,天体的引力对飞船产生作用,使得飞船的轨道发生弯曲,同时改变了飞船的速度,这种效应可以用类似于乒乓球弹射的方式来解释,当乒乓球撞击弹射器时,它会被弹射器弹回,从而改变其速度和方向,同样当宇宙飞船经过天体附近的时候,天体的引力将对飞船产生作用,从而实现速度和轨道的变化,人类发射的旅行者1号探测器就利用了引力弹弓效应,旅行者探测器碰上了176年一遇的行星几何排列。航天器只需要少量燃料以作航道修整,其余时间可以借助各个行星的引力加速。

以一艘航天器就能造访太阳系里的四颗气体巨行星:木星、土星、天王星及海王星,并利用它们进行加速,两艘航天器只需要用上12年的时间就能造访四个行星,而非一般的30年时间。以下是旅行者1号在经过引力弹弓过程后的速度变化(相对于太阳):

经过木星引力弹弓过程后,旅行者1号速度增加了约16.5千米/秒。

经过土星引力弹弓过程后,旅行者1号速度增加了约5.5千米/秒。

经过天王星引力弹弓过程后,旅行者1号速度增加了约2.5千米/秒。

经过海王星引力弹弓过程后,旅行者1号速度增加了约1.8千米/秒。

经过多次加速,旅行者一号最终的速度达到17千米/秒,这速度足够逃逸太阳系。不过这个速度飞到比邻星还是很困的,毕竟我们没有这么多的时间,所以想要提升飞船的速度,就必须想其它的办法,目前科学家正在积极的研究当中,科学家认为,未来我们能够利用曲速引擎技术来提升飞船的飞行速度,这样能够快速的到达目的地,除了曲速引擎技术之外,科学家还想到了虫洞穿梭,量子纠缠等等,这些技术能够使得飞船的飞行速度加快,从而快速的到达目的地,不过目前这些技术还都处于理论阶段,想要真正实现这些技术,还需要人类继续努力才行,小编认为人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,未来随着人类科技的进步,人类一定能够实现这些愿望,对此,大家有什么想说的吗?

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评论列表
  • 2024-08-09 12:50

    无限接近光速也要飞4年多呀

  • 2024-08-19 02:23

    不如想想怎么得道成仙。

  • 2024-09-03 11:49

    光棍的目标主要娶到老婆,却忽略了生活。别太天真了,就是能达到无限的速度,也不可能实现遨游太空,不信的话去读读交通规则吧。