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手电筒的光能不能以光速飞向太阳,科学家有何答案?
   https://www.fubuwang.com 2023-06-30 06:57:08 来源:网络
核心提示:在宇宙中,最快的速度是光速,而我们用来测量天体距离常用的单位也是光速。既然光是宇宙中已知的飞得最快的物质,那么人类是否可以发射一个达到光速的物质呢?比如说手电筒,我们在夜晚时向天空晃动发光的手电筒,这个光会不会冲出地球,进入到宇宙里呢?然后

在宇宙中,最快的速度是光速,而我们用来测量天体距离常用的单位也是光速。既然光是宇宙中已知的飞得最快的物质,那么人类是否可以发射一个达到光速的物质呢?比如说手电筒,我们在夜晚时向天空晃动发光的手电筒,这个光会不会冲出地球,进入到宇宙里呢?然后,它再以光速飞到遥远的地方。

众所周知,太阳光是人类常见的光源之一。地球万物的生长靠太阳,在阳光的作用下,地球上的植物进行光合作用,而后产生氧气。在阳光的照耀下,地球接收到大量的能量。不过,太阳与地球的距离是1.5亿千米,也就是说一束光从太阳出发,到达地球需要大约8分12秒。反过来,地球上的航天器如果想飞到太阳,按照目前的速度,人类在一千年内基本上是不可能到达的。

那么,光可以脱离这种束缚吗?比如上文提到的,我们把手电筒的光发射到太阳,它会不会在8分钟或者10分钟后抵达太阳呢?其实,并不是说只要是光就可以达到光速传播,这里需要两个前提。

光速传播在真空环境下才能达到,地球上的光速度是会减弱的;第二,保持光运动需要大量的能量。我们看似看到的光是源源不断的,其实背后损耗的光是巨大的,好比我们喝到一杯自来水,并不是说水只有这么一杯,水的源头有可能是一个湖泊。

同理,在太阳上,它发射的每一道光背后都有巨大的能量。正是能量间的相互作用,才得以让光可以以光速运行,并进入到地球。太阳表面温度是5000多度,而光到达地球后平均才26度,这中间消耗的能量无比巨大。由此可知,像太阳这样巨大的能量体都需要损耗如此多的能量才能支撑光在宇宙中的传播,而我们想要用手电筒,也会面临同样的问题。

手电筒在照射过程中只能维持一定距离的光亮,一般在5-8米左右。若超过这个距离,光粒子会由于能量不足,消失在环境中,这也解释了为什么我们会看到手电光越远越宽。

当我们把手电筒的光照射到太空中,光粒子在空气中传播时就会因为各种情况而衰减,结果还没飞出地球就消失殆尽了。实际上,手电光很难飞出100米范围,更不用说几万米的高空了。更何况就算手电光飞到了1万米以上,大气中臭氧层、各种云层也会对光的传播进行阻碍。所以,我们根本不可能把手电光送到太空中。

虽然手电筒的光不能飞到宇宙中,但这并不代表人类不能制造光源且让光飞入宇宙。只要人类掌握光的传播原理,并且加大光的输出功率,也是可以把光送到宇宙中的。曾经,有科学家就用一台高功率的激光设备,把光发射到了月球上,而且还在月球表面上照映出半径为10米左右的光圈。由于光在传播过程中会不断消散,所以最后月球上的光电也变成了光斑。

如果驾驶私人飞机径直飞向太阳,多久能到达

天下武器,唯快不破!这个道理咱中国人很久以前就明白了,航空航天的科学家们,拼命追求的也是速度,从莱特兄弟的飞机上天开始,再到戈达德的第一枚液体火箭,再到第一颗人造卫星,速度一直在不断提升!

到现在人类航天已经走过了快半个多世纪,过了那么久,以现在的技术飞到一光年以外到底要多久?

一光年,最快的火箭需要多久?

以人类的技术水平而言,一光年还是有点远,因为这是光走一年的距离,光速为299792458m/s,按儒略年365.25天计算,光年的距离是9460730472580800米,这个距离有多大呢?

太阳系的边缘柯伊伯带大约在40-50天文单位之间,人类最快的探测器到达冥王星需要9年半,光只需要5.53-6.92小时就能走到太阳系的边缘,1977年发射的旅行者一号和二号中,一号飞得最远,经过43年的飞行,现在距离地球大约152天文单位!

这个距离光大约只需21小时即可抵达,而旅行者却蜗牛爬一般的居然飞行了43.3年!那么一光年大概要多久呢?我们就计算直线距离,因为NASA的新视野号和旅行者走出太阳系都是螺旋形轨道,不过走一光年其差不了多久!

旅行者的速度到底是多少?

旅行者脱离地球速度时大约相对太阳的速度约为36千米/秒(地球轨道30千米/秒,半人马座火箭约6千米/秒),但它在太阳系中越向外速度就会越慢,到木星轨道时就只剩下10千米/秒了,不过经过木星的引力弹弓加速,增加了18千米/秒的速度,到土星继续降低速度,但土星引力弹弓又补充了速度,继续在30千米/秒左右飞向外太阳系!

但越往外速度越低,到了距离太阳约152天文单位的位置,它的速度已经降低为16.9千米/秒,这个速度很容易和太阳系逃逸速度混淆,所以各位注意了,这个不是太阳系逃逸速度,因为逃逸速度在太阳不同距离上是不一样的。

那么可以计算时间了,1光年大约需要17,751.3488年,也就是旅行者飞行一光年需要1.77万年,而新视野号的相对于太阳则只有14.52千米/秒,它比旅行者一号更慢一些,旅行者二号大约15.2千米/秒,所以用人类最快的速度的飞行器飞越1光年,需要1.77万年!

为什么要那么久,没有更快的速度了吗?

方法还是有的,只是比较难!要了解为什么会这样,必须要先来了解一下火箭技术,现代火箭技术都脱胎于1926年戈达德试射的第一枚液体火箭,结构上并没有大的改变,都是燃料和氧化剂,还有燃烧室!

唯一有改变的就是增加了涡轮和各种燃气循环,所以比冲得到了大幅度的提高,在这里必须要提一下比冲这个概念:火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量,简单了来理解就是比冲越高,火箭燃料利用率也就越高,同时出发的两枚火箭燃料与结构与重量一致的火箭,当烧完所有燃料时,比冲高的飞的速度更快!

比如偏二甲肼和四氧化二氮的火箭,比冲大约是260左右(比如长征三号甲YF-21C),液氧煤油能做到300多(RD180能做到311),氢氧机可以到400多以上,当然不止和燃料相关,还和燃气发生器循环有关,另外材料和喷管以及涡轮机等等都有关系,但最主要的还是燃料相差太大!

联盟号运载火箭的助推级采用四个RD-107发动机

很简单,更高的温度,更高的排气速度,燃料的利用率也就越高,那么有更NB的发动机吗?当然有!

离子电推进火箭发动机

从燃料成分来看,要想大幅度提高能量比例已经非常困难,那么提高排气速度也可以,离子电推进就是将排气速度从每秒数千米提高到数百千米甚至上千千米!这样一来,不但燃料利用率极高,而且达到同样的目的还可以大幅度缩减燃料,这本身就降低了发动机的负担,最终速度可以更高!

但离子电推有一个毛病,尽管比冲极高,可以达到2000-3000,霍尔电推也能在1000以上,但它的推力仍然太小了,到现在想要制造牛顿级别推进器仍然不容易,比如NASA-457M,功率50kw,推力接近3N,美国最大的霍尔电推,功率102kw,推力5.4N。

这个推力用在深空探测上没啥问题,但它不可能将飞船从地面推向近地轨道,因此仍然需要用常规化学火箭首先将飞船上送上近地轨道,然后再开启电推发动机,但它也不能跑远,因为102kw的电力需要太阳能,它在土星轨道内跑来跑去足够用,出去就要空间核反应堆了!

除了电推外,还有太阳帆,利用光压和太阳风的动力,这个有点夸张了,因为光压极小,需要超级大面积才能获得足够的推力,一般来说这种大张旗鼓的玩意儿笔者并不看好。

再有就是未来的核聚变堆吧,那个能加速到光速的1%-10%,那么一光年距离也就10-100年,还是有点希望的,假如是曲速引擎,最快据说可以达到199516倍光速,跨越一光年只需160秒,如何,够快吧!

那要看你的飞机是什么作为动力了,有没有防辐射以及氧气制备的设备,还得充足的粮食补给,目前来说,就是最好的战斗机,也只能到2~3万米的高空,要到太空,首先你必须达到第一宇宙速度,冲出地球引力圈,以这个速度,到月球就要好几天,这还是最近的,以举国之力才能办到,个人以为你坐私人飞机以现有的飞机制造技术恐怕你连地球引力都冲不出啊!

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