银河快报

飞出银河系,我家那辆破车得踩多大油门?

前几天晚上,我躺在楼顶那张快散架的折叠椅上盯着星星发呆,脑子里突然蹦出一个特别不靠谱的念头:要是把我家那辆开了八年的老捷达装上翅膀,油门踩到底,得多大劲儿才能飞出银河系?这问题一旦冒出来,就跟鞋里进了沙子似的,不弄明白浑身难受。

第二天我就开始翻资料,先得搞清楚我们要逃离的这个地方到底有多大,不然连“逃逸”俩字都说不出口。

银河系:我们住的这个“小区”究竟有多大

说实话,每次看到银河系的数字我都觉得人类特别渺小,但又特别轴——明知道那么大,还非要想办法飞出去。

银河系的直径大约 10 万到 18 万光年,这个范围本身就不太确定,因为边缘地带稀稀拉拉的,就像你没法说清楚一碗豆浆的边界到底在碗沿还是洒出来的那一圈,我们太阳系的位置不算市中心,离银河系中心大概 6 万光年,也就是说,从我们家阳台出发到银河系的“小区门口”,直线距离差不多就是这 2.6 万光年。

一光年是 9.46 万亿公里,乘一下——得,数字大到计算器都罢工了,不过没关系,我们先把这个距离记在心里,待会儿就知道要逃出去得多拼。

飞出银河系,我家那辆破车得踩多大油门?

逃逸速度:不是跑得快就行,还得看你在哪儿

物理上有个概念叫 逃逸速度,说白了就是“彻底摆脱一个大家伙引力拉扯所需要的最低速度”,把篮球扔上天它会落回来,但你要是给它每秒 11.2 公里的速度——恭喜,它再也不回来了,这就是地球的逃逸速度。

银河系也一样,我们太阳系所在的位置,受到整个银河系引力场的束缚,计算逃逸速度的公式其实挺简洁——能量守恒推出来的——但关键数据得查,我翻了翻最近的文献,太阳系所在半径处银河系的逃逸速度大约在 每秒 500 到 600 公里 这个区间,有研究团队利用银河系内高速恒星的观测数据做过拟合,给出的最佳估计值大约是 550 公里/秒 左右(参考 Deason 等人和 Monari 等人的工作)。

但注意,这个速度是相对于银河系中心的,太阳本身已经在以大概 220 公里/秒的速度绕着银心跑了,如果我们能顺着太阳运动的方向“借一把力”,额外需要的速度差大概是 330 公里/秒 上下,但如果方向飞反了,那就得硬刚更大的速度差——所以选对方向真的很重要,跟骑自行车顺风逆风一个道理。

加速度:持续踩油门才叫真本事

速度”还不是最折磨人的,真正让人头疼的是 加速度——也就是你怎么达到这个速度。

如果瞬间把你弹射到 550 公里/秒,加速度大到什么程度呢?假设弹射过程只用了 1 秒,那加速度大约是 55000 个 g,一个 g 就是你现在的体重感,55000 个 g 意味着你 70 公斤的体重会瞬间变成差不多 3850 吨 的冲击感,别说人了,钛合金骨头都撑不住,所以瞬间加速不现实,得慢慢来。

那要是用“温柔”一点的加速度慢慢推呢?比如用 1 个 g 的加速度持续加速——也就是你一直感觉跟平时站着一样重——那得多长时间才能攒够逃逸速度?

下面是几个不同加速度方案对应的加速时间,我把数据拉了个表,看起来直观些:

恒定加速度 人体感受 达到 550 km/s 所需时间
1 g(9.8 m/s²) 跟在地球上站着一样舒服 大约 15.6 小时
1 g(0.98 m/s²) 像轻轻靠在沙发上 大约 6.5 天
01 g(0.098 m/s²) 几乎感觉不到,像在空间站漂浮 大约 65 天

你看,如果真有 1 个 g 的持续加速能力,半天多一点儿就能攒够飞出银河系的速度了,十五六个小时,比从北京坐高铁去昆明还快,问题是我们现在根本没有能持续加速十几个小时的推进技术——化学火箭几分钟就烧完燃料了,电推进又温柔得像蚂蚁拉车。

现实中的航天器,离这个梦有多远

目前人类飞得最远的探测器是旅行者一号,已经跑了四十多年,速度大概 17 公里/秒,听着挺快对吧?但跟 550 公里/秒的逃逸速度一比,连零头都不到,照这个速度,别说飞出银河系了,飞到最近的恒星都得七八万年。

而旅行者一号的加速度是多少呢?发射阶段确实猛,但那是短时间的,进入巡航之后,它基本靠惯性滑行,加速度为零,所以它不是“越来越快”,而是靠着初始速度在太空里飘着,偶尔路过木星土星蹭一把引力弹弓帮忙提提速。

飞出银河系,我家那辆破车得踩多大油门?

所以呢,飞出去这事儿

算完这些数字之后,我把老捷达的钥匙往桌上一扔,不是因为这车不行——就算把地球上所有的石油烧光,也不够给它加速到哪怕百分之一的逃逸速度。

真正卡脖子的不是“需要多少加速度”这个数字本身,1 个 g 的加速度多亲切,每个人都正在体验着它,难的是 把这种加速度维持住,让它推着你跑上一个又一个小时,一天又一天,人类现在缺的不是力气,是耐力。

不过换个角度想,银河系逃逸速度 550 公里/秒这个数字,其实也没那么绝望——至少它不是什么无限大的门槛,而是一个可以算得清清楚楚的物理量,这本身就说明:它是一条边界,不是一堵墙,说不定哪天,我们的后代真的会坐在某种还没被发明出来的引擎上,喝杯热茶,听着音乐,在十几个小时的加速后扭头看一眼身后的银河,那时候他们看银河,大概就像我们在飞机舷窗边看一朵云。

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