银河快报

去外太空银河系,这事儿咱普通人也能盘算盘算

前两天夜里睡不着,我盯着天花板突然冒出个念头:如果哪天我真想去银河系里转转,到底该怎么走?不是比喻,不是科幻,就是实打实的——从地球出发,去咱们这个棒旋星系的另一端,翻来覆去想了一宿,第二天爬起来查资料,发现这事儿虽然眼下办不到,但物理上是能算出来的。

先得把一个问题掰扯清楚,咱们平常说“去银河系”,其实是个挺奇怪的表述——你此刻就在银河系里,太阳本身只是银河系旋臂上一颗不起眼的黄矮星,距离银河系中心大约2.6万光年,所以真正的问题是:你想去哪儿?是去银河系中心那个超大质量黑洞附近,还是去别的旋臂,或者干脆飞出银盘、从上方俯瞰整个星系?不同目的地,路线完全不一样。

咱们先把常见的几个目的地捋一捋:

  • 银河系中心(人马座A*附近):直线距离约2.6万光年,那地方恒星密度极高,还有颗质量超过太阳400万倍的黑洞
  • 猎户座旋臂另一端:咱们自己就在猎户臂上,沿着这条“星际高速公路”往远处走,距离取决于走多远,几百到几千光年不等
  • 仙女座星系方向:如果你想把“去银河系”理解成“去看看别的星系”,那最近的邻居在254万光年外
  • 银晕或银冕:垂直向上飞出银盘,大概几千光年就能看到整个银河系的全貌

目的地选好了,接下来才是真正的硬菜——怎么走。

化学火箭,别想了

目前人类最快的探测器是帕克太阳探测器,速度大约每秒192公里,听着挺快对吧?咱们算笔账:一光年大约等于9.46万亿公里,2.6万光年就是……那个数字大到我已经不想打出来了,就拿每秒200公里算,飞到最近的比邻星(4.2光年)需要6000多年,去银河系中心的时间比人类文明史还长好几个数量级,化学火箭这玩意儿,出趟远门跟闹着玩似的。

核聚变推进,有点意思

如果能把核聚变反应产生的能量直接转化为推力,速度能提升到光速的5%到10%,这个技术目前还在地面实验阶段,但至少不违反已知物理规律,以10%光速计算,去比邻星大概40年,去银河系中心需要26万年,26万年听着还是很久,但至少在理论上是人类文明能熬得起的时间跨度——前提是你搞得出世代飞船或者人体冬眠技术。

利用时空本身的取巧办法

这是物理学家们真正兴奋的领域,1994年,墨西哥物理学家米格尔·阿尔库别雷在广义相对论框架下提出了一种“曲速驱动”方案——压缩飞船前方的时空,拉伸后方的时空,让飞船本身待在一个“时空泡”里跟着移动,由于飞船相对于周围时空是静止的,光速限制被巧妙绕开,理论上可以实现超光速旅行而没有时间膨胀的麻烦,这目前需要负能量密度物质,而咱们还没在实验室里稳定造出来过。

另一个思路是用虫洞,如果宇宙是一张被折叠的纸,虫洞就是穿过去的那根针,问题在于,维持虫洞开口也需要奇异物质,而且进去之后会不会被潮汐力撕碎,没人能打包票,霍金生前倒是写过,量子效应可能会让虫洞极其不稳定。

我把几种方案整理了一下,方便你感受差距:

推进方式 最大速度 到达比邻星 到达银心 技术状态
化学火箭 约200 km/s 6000年以上 约3900万年 已实现
离子推进 约0.1%光速 4200年 约2600万年 在轨应用
核聚变推进 5%—10%光速 40—80年 26万—52万年 理论验证阶段
太阳帆(光压) 最高约20%光速 约21年 约13万年 部分验证
曲速驱动 理论超光速 几天到几小时 几天到几小时 纯理论,需负能量
虫洞穿越 瞬时(相对) 不确定 不确定 纯理论,问题极多

太阳帆那栏多说一句

突破摄星计划确实提出了用地面激光阵列推动微型帆船飞到比邻星,20%光速、21年到达,但这是针对邮票大小的探测器,带人的话帆得大到离谱,激光阵列的功率也得跟着往上飙,工程难度大得不是一星半点。

不得不提的两个硬茬

速度和能源聊完了,还有两个躲不开的麻烦,第一个是星际介质——银河系里不是真空,到处飘着稀薄的气体和尘埃,当你以接近光速飞行时,哪怕撞上一粒微米级的尘埃,释放的能量都相当于一颗小型炸弹,你得在飞船前面装个足够强韧的防护盾,或者用某种方式把沿途的粒子电离后偏转开。

第二个麻烦更头疼:银河系中心的辐射环境极其恶劣,那里恒星扎堆,超新星爆发频率高,还有一颗活跃的黑洞时不时释放高能射线,到了那附近,飞船的屏蔽层得比现在任何航天器都厚好几个量级,而厚度本身又会增加质量,反过来拖慢速度——两头堵。

目前人类真正在做的

听起来好像遥遥无期,但实际上相关的基础研究一直在推进,核聚变点火已经在2022年底取得了里程碑式的突破,虽然那是能源端的进展而非推进端,但路线是通的,引力波探测技术积累下来的精密测量能力,可能在未来帮我们观测和定位虫洞(如果它们真的存在的话),至于曲速驱动,NASA的先进概念团队断断续续做了些小规模理论计算,虽然远没到工程图纸那一步,但至少说明这事儿没被主流科学界完全当成胡说八道

有个很有意思的细节:天文学家在绘制银河系三维地图时发现,银河系的旋臂结构比我们以前以为的更复杂,有些区域恒星密度较低,像是天然的低阻力通道,如果未来真要规划一条“星际高速公路”,这些数据就是最初的路线勘察报告,欧洲航天局的盖亚卫星这几年发布的星表数据,本质上就是在给银河系画精确导航图——虽然画图的人可能根本没想过导航这回事。

夜深了我又看了眼镜子里熬夜泛红的眼睛,觉得挺好笑,眼下连去隔壁火星都得搭半年路程,谈银河系旅行确实太早了,但转念一想,几百年前的人看大西洋对岸的感觉,大概跟咱们现在看银河系中心的感觉差不多——都是既知道那地方在哪儿,又不知道怎么才能活着过去,后来帆船变成蒸汽船,蒸汽船变成飞机,飞机变成跨洋客机,速度从几节涨到几百节,横跨大西洋从几个月缩短到几个小时,所以你说去银河系中心26万年是不是完全没戏?我倒不敢把话说死,反正当年哥伦布的手下也有人觉得向西航行会掉进世界尽头的深渊。

去外太空银河系,这事儿咱普通人也能盘算盘算

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