银河行业信息

离开银河系,到底要花多长时间?

前几天晚上在阳台晾衣服,抬头看见银河隐隐约约横在天上,突然冒出一个念头:要是哪天人类真能开着飞船往外飞,从地球出发,多久才能飞出这条“银色大河”?

这个问题其实挺有意思的,因为它把天文学、物理学和日常生活里对“距离”的理解全搅和在一起了,咱们就来拆解一下。

离开银河系,到底要花多长时间?

先搞清楚“多远”这件事

银河系是个巨大的旋涡星系,样子像个摊开的煎饼,中间厚、边缘薄,太阳系不在中心,而是偏在一条叫“猎户臂”的旋臂上,离银河系中心大概6万光年

那“飞出银河系”是什么意思呢?通常指的是离开银河系的银盘——就是那个恒星密集的盘状区域,银盘的直径大约10万到18万光年,厚度在太阳这个位置大概1000到2000光年

如果咱们垂直往上飞——也就是朝着银盘的“上方”或“下方”走,最短路径大约是500到1000光年左右就能穿出恒星密集区,进入银晕,再往外就是星系际空间了,这个距离比横穿整个银盘要短得多,是“逃逸”的最短路线。

1光年就是光跑一年的距离,大约是46万亿公里,500光年,就是光要走500年的距离,这个数字本身已经大到让脑子有点发懵了。

关键变量:你开多快?

有了距离,剩下的事就是速度,飞得越快,时间越短,这是小学算术,但速度这东西,在太空里可太讲究了。

咱们来看几种真实的或理论上可能的速度,对比一下就清楚了,下面这张表,假设咱们选择最短路径:500光年

飞行器/方式 大概速度 飞500光年需要多长时间
旅行者1号(现有人类最快探测器) 约17公里/秒 大约880万年
帕克太阳探测器(目前最快航天器) 约192公里/秒 大约78万年
理论上核聚变推进 光速的5%-10% 5000到1万年
理论上反物质推进 光速的50%-90% 550到1000年(不算相对论效应)

旅行者1号发射快50年了,到现在连太阳系的边还没摸到,它要飞到最近的恒星都得花上几万年,更别说飞出银河系了,用它来估算,880万年——那时候地球上连人类还在不在都是个问题。

离开银河系,到底要花多长时间?

还有个捣乱的东西:相对论

上面的计算都是老老实实用距离除以速度,但一旦速度真的接近光速,事情就变味了——爱因斯坦的相对论要插手。

根据狭义相对论,当一个飞船以接近光速飞行时,飞船上的时间会变慢,这叫时间膨胀,比如飞船达到光速的99%,洛伦兹因子大概在70左右,外面地球上的人看,飞500光年还是要大约500年(稍微多一点点),但飞船上的人感觉只过了大约7年

这就很奇妙了:

  • 对留在地球的人来说:这趟旅程至少要五百年,一代代人仰望星空等着消息。
  • 对飞船上的人来说:可能只是人生中的一段不长旅途,七八年就到了银河系边缘。

不过这里有个残酷的现实:要达到这个速度,需要的能量是天文数字,把一个10吨的飞船加速到光速的99.99%,需要的能量大概相当于全人类当前几年消耗的总能量,这还不算减速用的能量。

那“虫洞”之类的呢?

说到这儿,肯定会想到科幻片里的曲速引擎、虫洞什么的,这些不是把速度提高,而是把时空本身弄弯,抄近道,广义相对论在数学上确实允许虫洞存在,但需要“负能量”这种理论上才有的东西来撑开洞口,目前只存在于纸上,物理学界连边都没摸着,所以暂时没法拿它来算时间,只能说——如果哪天真搞成了,飞出银河系可能就是喝杯咖啡的功夫。

假如就从今天出发

好,把问题拉回现实,假如人类突然发疯,用现在能勉强想象的技术——比如将来搞出了成熟的核聚变推进,速度能达到光速的10%,那飞船得飞5000年才能垂直穿出银盘。

5000年是什么概念?大概是从埃及人建金字塔那会儿,一直飞到今天,这艘船上得有一个稳定繁衍的社会,传宗接代几百代,最初的乘客早成了神话里的人物,后代可能都不记得自己为什么要出发。

但换个角度看,如果真有人愿意踏上这种旅程,那他们的时间观和我们这些待在地球上刷手机的人,肯定完全不一样。“多长时间”也许不是焦虑的来源,而是一种存在方式。

说实话,算完这些数字之后再看夜空,感觉每颗星星都安静了很多,它们就那么挂着,不着急,反正动辄几百万年的时间尺度里,人类这点儿历史连一眨眼都算不上。

关键词: