逃出银河系解说第一集,咱们这艘地球号到底该怎么开出去
说来挺逗的,前几天晚上我窝在沙发上啃苹果,随手点开一个航天主题的纪录片,画面里那颗蓝色弹珠慢慢转着,旁边飘过一串数字——直径10万光年,我手里的苹果差点掉地上。10万光年什么概念?光每秒绕地球七圈半,可它要跑10万年才能从银河这头到那头,而我们人类目前跑得最远的探测器旅行者一号,飞了四十多年才刚摸到太阳系边缘,这么一想,咱们整天讨论的“逃出银河系”,好像跟幼儿园小朋友商量怎么徒步去南极差不多。
但这话题吧,它偏偏有种魔力,每次一提起来,脑子里就自动播放那种激昂的背景音乐,好像明天就得收拾行李走人似的,所以我就琢磨着,索性开个系列跟大伙儿好好唠唠——咱们到底有没有可能,哪怕理论上,从银河系这间“大屋子”里溜出去。这第一集,先别急着上飞船,咱们得把基本情况摸清楚。
先说说咱们住的这“小区”有多大
说实话,我第一次看到银河系具体数据的时候,整个人是懵的,那种懵不是害怕,是一种脚底下突然空了的感觉,来,咱们不用天文数字砸人,我用个笨办法给你比划比划。
你把太阳想象成一颗芝麻,放在北京天安门广场上,那离太阳最近的那颗恒星比邻星在哪?大概在上海外滩,这中间四五百公里,就一颗芝麻到另一颗芝麻,而整个银河系里像这样的芝麻,有1000亿到4000亿颗,它们散落在一个扁平的盘子里,中间鼓出来一大块,像一个煎得不太均匀的荷包蛋,太阳这颗芝麻呢,不偏不倚,就在离蛋心大概三分之二的位置上飘着。
下面这张图挺直观的,咱们星系的侧脸大概就长这样。
关键点我列一下,省得你来回翻:
- 银盘直径:大约10万到18万光年(天文学家还在争具体数字)
- 银盘厚度:大部分区域大概1000光年,但中间鼓包处有1万多光年
- 太阳位置:距离银心约2.6万光年,差不多在猎户臂内侧
- 最近的大星系:仙女座星系,离我们250万光年,正以每秒110公里的速度冲过来
看到没,光是想清楚从哪出发、往哪个方向走,就已经够头疼的了,垂直穿出去倒是近些,可问题是我们现在连太阳系都出不去。
挡在门口的第一堵墙:速度这道坎儿
很多人第一反应是说,那咱们造快点不就行了?这事儿要真这么简单,我写这篇文章的时候说不定已经在火星上喝咖啡了,问题出在速度这个概念本身,它是个无底洞。
天体物理里有个特别要命的东西叫逃逸速度,简单说,一个天体引力越大,你想离开它需要的初速度就越大,离开地球得跑到每秒11.2公里,离开太阳系得每秒42.1公里,那离开银河系呢?从太阳这个位置算,大约每秒550公里。
你现在肯定在想,550好像也不是特别离谱?别急,我给你换算一下,目前人类最快的航天器是帕克太阳探测器,利用引力弹弓飙到过每秒192公里,但那是在太阳边上蹭出来的速度,而且是往太阳方向俯冲,不是往外跑,真正能朝外飞的航天器,速度基本都在每秒十几到二十公里这个量级晃悠。
下面的对比就很清楚了:
| 航天器 | 最快速度(约) | 距离达到目标的速度比 |
| 旅行者一号 | 17 km/s | 仅约3%的银河逃逸速度 |
| 新视野号 | 23 km/s | 约4% |
| 帕克太阳探测器 | 192 km/s | 约35%(但方向不对) |
| 逃出银河所需 | 550 km/s |
差着几十倍的量级,这就不是“再努努力”能解决的事儿,靠化学火箭?把地球上所有燃料堆上去都不够烧一壶的。
物理定律这玩意儿,它不是建议是规矩
上过中学物理课的都记得能量守恒,但这个放到星际航行里能让人绝望到什么程度,你可能没细想过,要把一吨重的飞船加速到每秒550公里,需要的能量大概相当于一颗小型核弹全部释放在一瞬间——而且还得假设能量百分之百转化成动能,这在现实中根本不可能,实际的热机效率摆在那里,大部分能量会变成废热把自己烧化掉。
更绝的是爱因斯坦他老人家还补了一刀:质量随着速度增加,越接近光速,飞船质量越大,再往上加速需要的能量就越多,虽然550千米每秒离光速还远得很不用考虑这个,但你想想,万一将来真要跑更远呢?
前些年有个叫“突破摄星”的计划挺火的,说用激光推动邮票大小的飞行器飞到比邻星,那个思路确实跳出了传统火箭的框框,但换算到逃出银河系的尺度上,依然差着好多个数量级,而且邮票大小的东西能传回什么数据?可能就够发个电报说“嘿我到了”然后就没了。
那理论上有哪些歪招儿
既然老老实实飞不行,科学家们早就开始憋各种“不走寻常路”的方案了,虽然多数听着像科幻小说,但理论基础至少是有的,我挑几个有意思的说说。
曲速引擎应该是名气最大的,原理是把飞船前方的时空压缩、后方的时空膨胀,等于让飞船被时空推着走,飞船本身相对于周围的时空并没有超光速,这就好比你在跑步机上走,但跑步机本身在移动,1994年墨西哥物理学家阿尔库别雷给出了一个符合广义相对论的数学解,但代价是——需要一种具有负能量密度的奇异物质,这东西自然界存在与否,至今是个谜。
虫洞这个更讨巧,直接不赶路了,在时空上打洞抄近道,理论上爱因斯坦方程确实允许虫洞存在,但它需要同样玄乎的奇异物质来撑开洞口,而且穿过虫洞的时候整个人会不会被潮汐力拉成意大利面条,这个谁也不敢保证。
还有世代飞船,就是在飞船上建一个迷你生态系统,一代人飞不到就两代三代,这个听着最靠谱也最不靠谱——靠谱的是技术上似乎没有不可逾越的物理定律障碍,不靠谱的是你上哪儿找一群愿意在铁罐子里过一辈子,让子子孙孙继续过铁罐子日子的人?
说实话写到这儿我也有点泄气,这些理论一个比一个美,但在工程上连边都摸不到,就像你有一张藏宝图,可图上画的是另一个星球。
可是……咱们真就永远被“锁”在这儿了?
不知道你有没有同感,越是了解这些限制,反而越觉得人类这个物种挺有意思,明明知道可能性微乎其微,还是一代代人在算、在试、在做梦,旅行者号上刻着人类的信息,新视野号带着冥王星发现者克莱德·汤博的骨灰飞向深空,这些举动从“逃出银河系”的功利角度看毫无意义,但就是忍不住要去做。
我觉得这里面藏着一个很朴素的东西——当我们抬头看星星的时候,不管跑不跑得出去,那本身就是一种逃逸的姿态。从日常的琐碎里逃逸,从“不可能”的断言里逃逸,从画地为牢的惯性里逃逸,想象力的边界,有时候比物理的边界更难突破,可一旦突破,后面的事情就不好说了。
别忘了,几百年前有人说要去月亮上,别人也当他是疯子,现在月亮上已经有脚印了,虽然干巴巴的,但踏踏实实。
行了,第一集就聊到这儿,下回咱们具体拆一拆曲速引擎那个方程到底是怎么回事,看看有没有可能不用奇异物质也能把时空“扭”出个花样来,那个推导过程本身比结果还有意思,到时候咱们一块儿算算。