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你知道飞出太阳系需要多久的时间吗?

2019-07-14来源:炊烟美食

想飞出太阳系,首先你需要知道太阳系的边界在什么地方,是太阳控制的引力边界还是太阳风的边界?然后就是乘坐速度多快的太空飞船?是要用目前速度最快的,还是理论中最快的?目前我们的人造探测器速度最快的为帕克太阳探测器,其时速达到约为70万千米每小时。飞出太阳系边界到底需要多久呢?本文将为您解答。


太阳系的边界在什么地方?

要想解答这一问题,首先我们需要知道太阳系的边界在什么地方,范围到底有多大?我们目前有两种定义,第一个是太阳风所能抵达的最远之处,第二个就是太阳自身强大引力所能影响的最远之处。

太阳风所能达到的区域

首先我们来了解一下太阳风所能抵达的最远之处。太阳风就是从太阳表面出发的高能带电粒子流,大量的粒子向四面八方辐射并且远离太阳。它们会以很高的速度穿梭在太阳系内部各个天体之中,如地球等其他行星的极光就是它造成的。当检测到太阳风速停止时(也就是撞击到星际空间物质),那么此区域就是太阳风的边界。我们把太阳风所吹拂的地方称为日球层(太阳圈),因为是辐射的,所以这是一个球形的空间区域。在日球层的外边界,也就是日球层顶,是太阳风终止的最后位置,并且是星际空间的起点。根据理论的计算,由于太阳风与星际物质碰撞处会产生终端震波,所以球形空间会形成巨大椭圆形结构。迎风面的距离大约在80-100AU(天文单位:日地距离),顺风面则大约在200AU处。这里有多远呢?它们已经超出了冥王星以及柯伊伯带的轨道。

2013年9月12日,NASA确认,“旅行者1号”探测器在2012年8月25日已经离开太阳系(以太阳风作为定义)。NASA的发言人表示:“旅行者号已经到达了从来没有任何人造探测器到达过的星际空间,这是人类的科学发展史上的一个里程碑。”当时旅行者1号距离地球约为122AU,就连最快的光速(约每秒30万千米)到达这个位置都需要花费近17个小时之久,在这个地方看太阳的亮度只有约-16.3(不到满月亮度的30倍)。目前旅行者1号距离地球约为143AU,以每小时6万千米的速度朝向理论假设的奥尔特云“奔去”。

上述是我们现有的人造探测器实际的路程,那么我们用这个122AU来粗略算一下。我们假设目前人类制造的速度最快的探测器帕克太阳探测器将飞向太阳风停止之处,那么我们就以每小时70万千米(或每秒200千米)的速度来计算。计算前我们先来了解下AU的概念:很简单,AU表示地球与太阳的平均距离值,其值为1AU约等于1.5亿千米。那么122AU就等于183亿千米,根据帕克太阳探测器的速度,我们就可以得出,该探测器大约需要3年时间才能到达该区域。


你知道飞出太阳系需要多久的时间吗?



太阳引力所能达到的区域

上面我们将了太阳风所能达到的最远处,接下来我们将讲解太阳自身引力所能达到的最远处。与太阳风不同,太阳引力所能达到的最远处比太阳风远得多。

根据目前的理论,认为太阳引力场所能达到的最远位置约为2光年(约125000 AU)之远,这样的距离已经影响到邻近的恒星系统南门二(其中熟知的半人马座比邻星)。目前发现被太阳引力控制的最遥远的天体为威斯特彗星,最远距离太阳约为70000 AU,但如果以后人类对奥尔特云有了新的了解,那么这可能会改变。奥尔特云是目前根据理论假想的一种被太阳引力控制的最为遥远的天体群,据推测该区域是被类木行星强大的引力“摔”到太阳边缘的,这一地方可能是冰彗星的起源地。空间范围大约从距离太阳50000AU(约1光年)并延展至100000AU(1.87光年),拥有高达1兆的冰天体。

你知道飞出太阳系需要多久的时间吗?


旅行者1号空间探测器 图/NASA

你知道飞出太阳系需要多久的时间吗?


帕克太阳探测器 图/NASA

假如旅行者1号以目前的速度前行,那么预计将在大约300年内到达理论上的奥尔特云,并且需要花费大约30000年的时间才能穿过整个奥尔特云。虽然它没有朝向任何特定的恒星,但在大约40000年后,它将以距离1.6光年内经过格利泽445恒星,格利泽445星目前位于鹿豹座中,位置靠近北极星。该恒星目前以约119公里/秒(430000公里/小时,270000英里/小时)的速度朝向太阳系移动。美国宇航局说:“旅行者号们注定要永远漂泊在银河内。”

如果按照太阳引力边缘2光年的距离来计算,那么旅行者1号需要花费多长时间呢?首先我们要理解1光年是多远的距离,然后根据旅行者1号目前的速度来计算。我们可以得出1光年等于光1年所走的路程,光速约每秒30万千米,因此可以得出1光年约为94607亿千米。再根据旅行者1号现在的速度每小时6万千米,我们最终可以得出,旅行者1号大约需要花费17000年才能抵达2光年之处。如果我们按照帕克太阳探测器的速度每小时70万千米(或每秒200千米)来计算,那么可以得出,帕克太阳探测器大约需要花费1500年才能抵达2光年之处。想必那个时候人类已经不需要帕克太阳探测器这种速度不给力的太空飞船了,或许会有速度更快的宇宙航行“交通工具”。

参考资料

1.WJ百科-英文版(Voyager 1/Solar System)

2.所有数据参数引用至NASA-Planetary Fact Sheets

3.Voyager 1 Real-Time Simulation

文章作者:零度星系(天文在线)

审核人员:北极光

最终审核:零度星系

编辑用时:2018年09月23日-2018年09月25日

审核用时:一个小时

最后更新:2018年12月17日星期一

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全文排版:天文在线(零度星系)

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