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《流浪地球2》中的科学:太阳系适合生存的星体,速度、空间距离

如果地球不去流浪,人类能否就近迁移到太阳系的其他星体上呢?首先,太阳系包括太阳、八大行星、行星卫星、小行星、彗星和流星体以及行星物质等。它有8颗行星,水星、金星、地球和火星是类地行星,它们有大量金属,和硅酸盐为主的地壳。木与之对应的类木行星包括:木星、土星、天王星和海王星等气体行星,体积更大。木星体积最大,相当于1300个地球,大气层中有80%的氢气;土星次之,相当于830个地球,被称为圆环行星;天王星有65个地球大,是人类肉眼能看到最远的行星;海王星有58个地球大,是离太阳最远的行星;金星大小与地球相仿,是表面温度最高的行星;水星是太阳系最小的行星;火星的半径是地球的一半,自转轴倾角、自转周期均与地球相近。

太阳系和生命存在的条件

要探索这些星体上是否满足生命生存的条件,就要先来分析下地球上生命存在的一般条件,主要包括:阳光、水、空气和适宜的温度。在已观测到的太阳系星体中还没有发现有地外生命存在的迹象,不过在太阳系中,也还是有一些星体具有生命存在的部分条件,比如:火星地下有盐水湖,如果能在地下找到淡水,则有可能存在生命;木卫二是木星的第二颗卫星,它的体积与月球相当,表面极厚冰壳下有液态水层,受木星潮汐作用加热,基本能满足生命所需的条件;土卫六是土星的第六颗卫星,体积比水星还大,浓密的含氮大气层下是一个与古地球非常相似的由碳氢物质组成的有机物表面。一方面,这些星体都不确定能够满足生命生存的条件,另一方面,太阳氦闪后,这些星体是否能不受影响,也很难保证。

如果人类不得不迁移离开太阳系,那需要什么样的速度呢?首先来看一下,我们身边的交通工具的通常速度:汽车速度平均60-120公里每小时,高铁速度大约300公里每小时,飞机速度可达900公里每小时,火箭速度4.2公里每秒,宇宙飞船速度70公里每秒,光在真空中可达到了30万公里每秒,相当于我们高铁速度的3600000倍。

速度和空间距离

有了速度大小的概念,我们来介绍一下“宇宙速度”,这是飞行物体脱离目前大星体引力束缚的最低阈值。当飞行速度达到7.9公里每秒,即达到第一宇宙速度,这时可以环绕地球飞行,成为地球卫星。当速度达到11.2公里每秒,即达到第二宇宙速度,这时可以脱离地球,成为环绕太阳运动的“人造行星”。当速度达到16.7公里每秒,即达到第三宇宙速度,可以飞出太阳系。当速度达到110到120公里每秒,即第四宇宙速度,可以飞出银河系。而第五宇宙速度是航天器从地球发射,飞出本星系群的最小速度。由于本星系群的半径、质量均未有足够精确的数据,所以无法估计数据大小。

地球距离目的地半人马座比邻星4.22光年。光年是长度单位,并不是速度单位,是光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间的距离,一般被用于衡量天体间的时空距离。常见的客机时速大约是每小时885千米,这样飞1光年则需要1220330年。地球到太阳距离0.0000158光年;地球到天狼星距离8.6光年;地球到银河系中心:2.6万光年,银河系半径约为7000光年。按引力影响算,太阳系的半径可达2光年,按冥王星的轨道为边界,半径是59亿千米,直径是118千米(约0.00025光年)。

目前,人类可达的速度。人类最快的飞行器-旅行者1号,速度大约为17千米/秒,6小时即可抵达月球,37天抵达火星,101天抵达太阳,17亿6千4百万年横穿银河系。以人类目前科技水平尚不足以进行光速飞行。存在两大限制。第一,根据狭义相对论的质量公式,运动物体的质量会比它静止时更大。越接近光速,质量越接近无限大。第二,当给一个物体加速时,所施加的能量有一部分会转化成物体的质量,更大的质量会进一步阻碍加速。最终无限接近光速就需要无限大的能量。未来我们有可能通过曲率飞行达到光速飞行,利用弯曲空间的弹性推动飞船高速前行,只要调节空间拉伸与弯曲程度即可几乎无限制地增加速度。

 

 

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