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人类未来归宿在深空?

时间:2021-07-11 09:45:55 | 来源:新浪科技综合

来源:科普中国-未来耀科学

飞出太阳系并不容易。太阳系的边界,比冥王星远得多。

太阳系八大行星。太阳系八大行星。|NASA/JPL

地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在摇篮中。所以走向深空,寻找宜居系外星球,是人类长久以来的梦想。

可是今天,我们对太阳系和之外的世界了解有多少?人类探测器最远去到了哪里?我们探测到了多少系外行星?科幻片里的星际旅行方式,可能变成现实吗?

独特的太阳系

在茫茫宇宙中大约有数千亿个星系,一个星系又包含数亿颗恒星,太阳只是其中一颗。可是在某种程度上,我们的太阳系却又非常独特。

赵斐介绍,太阳系的行星系统与系外行星系统有很多区别。比如,在系外行星系统中,常见的往往是热木星。热木星是和木星相似的气态巨行星,但轨道离太阳特别近,比地球轨道还靠内。

我们的太阳系则有木星,表面是明暗相间的带状条纹,再配合一个大红斑,非常漂亮。木星是太阳系最大的行星,其他七大行星的质量加起来,还不到木星质量的一半。而且它处在地球所在的宜居带之外,公转周期大概是12年,像清扫机一样绕着太阳运行,会清除掉大多数试图飞进内轨道的小天体,为我们的地球竖起一道安全屏障。

热木星在系外行星系统中更常见(艺术构想图)热木星在系外行星系统中更常见(艺术构想图)|ESA/Hubble

太阳系的边缘有个小黑洞?

由于冥王星被降级为矮行星,目前太阳系公认有八大行星。可是,近年来有一种说法认为,在遥远的太阳系边界附近还存在一个第九大行星,那是什么样的天体呢?

苟利军介绍,有天文学家猜测,这颗潜在的第九大行星可能是一颗黑洞,质量为地球的5~10倍。恒星演化到生命末期,会在引力作用下坍缩形成致密的时空区域,也就是黑洞。如果把地球压缩成黑洞,直径大概是1.8厘米;而黑洞的质量与直径成正比,可以推算出这个潜在黑洞的直径大约是10厘米,只有拳头大小。冥王星绕太阳一圈需要248年,这个天体的公转周期可能会是上万年,距离太阳非常遥远,很难探测到。

太阳系的边界在哪里?

人类已经发射多颗探测器探索太阳系内各大行星,2012年,旅行者一号更被认为已经飞出太阳系。可是太阳系的边界究竟在哪里?飞出太阳系要走多远?

范舟介绍,传统上人们认为,冥王星以外就不属于太阳系了。但事实上,太阳系和星际空间的分界并不明确。

一方面,太阳会吹出太阳风,抵抗外来星际物质,在交界处形成日球层。很多人将日球层顶,也就是太阳风终止的地方看作太阳系边界。太阳风影响的范围大约是太阳至冥王星距离的4倍。

另一方面,太阳引力主导的范围可能还要向外延伸1000倍,到达奥尔特云的位置,也就是大量彗星的起源之地。

不过,奥尔特云目前只是理论猜测。要从地面上观测遥远的太阳系边缘非常困难,而发射探测器又需要飞行很长时间,所以太阳系至今仍有很多未解之迷。

太阳系的边界并不明确。图中红色曲线为日球层顶。太阳系的边界并不明确。图中红色曲线为日球层顶。|来源:NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

系外行星如何探测?

在太阳系之外,是否有像地球一样适宜人类居住的星球?在那上面是否生存着其他生命?带着这些好奇,人类对探索系外行星满怀热情。

赵斐介绍,目前人们一共探测到4000多颗系外行星,探测这些系外行星的方法主要有三种。第一种是直接成像法,目前用这种方法发现了50多颗系外行星。由于行星不发光,只反射主星的光,所以要直接探测比较困难,不过在一些情况下,通过遮住主星的光,可以分辨出行星的微弱光芒。

第二种是多普勒速度法,用这种方法发现了800多颗系外行星。其背后的原理是,如果周围有行星围绕,就会对主星造成扰动,使主星产生周期性的速度变化,从而在光谱上表现为周期性的红移和蓝移。

第三种是凌星法,剩余3000多颗系外行星都是通过凌星法观测到的。就像月亮挡住太阳会形成日食一样,行星周期性地围绕主星运动,同样会遮挡主星的光,观测到这种微弱的亮度变化就可以确认行星的存在。

星际旅行真的可行吗?

在电影《星际穿越》中,人类为了寻找新的宜居星球,穿越虫洞,进行时间旅行。这样的星际旅行真的可行吗?

苟利军介绍,如果能发现虫洞,穿越到一个大质量黑洞周围,是比较安全的。但如果是太小的黑洞就不适合,因为小质量黑洞周围潮汐力非常大,人还没靠近黑洞,早已经被撕碎成基本粒子了。

黑洞的中心是一个体积无限小、引力无限大的奇点,在这里时空极度扭曲。目前用来描述引力的广义相对论在奇点处是失效的,我们对黑洞仍有很多未知,未来需要量子引力理论来描述奇点的状态。

穿越到大质量黑洞周围或许比较安全。穿越到大质量黑洞周围或许比较安全。|电影《星际旅行》

结语

宇宙深空或许遥远,但对于天文学家而言,宇宙就像是一个巨大的实验室,进行着地球上无法实现的各种实验,比如恒星内部的核聚变,比如黑洞周围的极端引力环境。

奇妙的是,归根结底,天上的规律与地上的规律是统一的,我们探索宇宙的发现最终又会反过来应用到各种技术上,推动我们探索未知的步伐。

如今,飞出太阳系尚且困难重重,但相信怀着对星辰大海的向往之心,人类必将深入更广阔的宇宙,揭开更多宇宙奥秘。

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