1. 首页 > 自然地理

旅行者1号如果一直向一个方向飞,理论上能飞回太阳系吗?

为了探测太阳系内的木星、土星的基本情况以及围绕它们运动的星环特征,美国于1977年发射了两颗探测器,即旅行者1号和旅行者2号探测器,在完成既定使命之后,两颗探测器又继续向太阳系的外围挺进,不过旅行者1号的速度要比2号快上10%左右,截至目前,旅行者1号距离飞行的距离已经超过了220亿公里,但仍然处于太阳系的有效引力范围。由于探测器携带能量的日趋耗尽,而且距离地球又非常遥远,科学家们已经陆续关闭了上面的诸多探测仪器和设备,它也因此逐渐地成为一颗在星际空间中流浪的探测器了。

虽然旅行者1号旅行了40多年,飞越的距离达到220多亿公里,但是与现在科学家认为的太阳有效引力范围-奥尔特云的外界(距离太阳10000个天文单位)相比,还有相当遥远的路程要走。以现在估算的其飞行速度17.8公里每秒来衡量,它要离开太阳系起还得需要2700年,按此速度如果到达离太阳系最近的比邻星,少说还得7.1万年。随着旅行者1号距离地球越来越远,有些脑洞大开的朋友不禁设想了,旅行者1号一直沿着直线飞行,如果哪天它又回到太阳系,能说明什么问题呢?

旅行者1号如果一直向一个方向飞,理论上能飞回太阳系吗?

我们可以借着这个问题这一下联想,在地球上我们沿着一条直线行走,过若干时间以后,我们就会回到原点,这在人们没有发现地球是一个球体之前是无法想象的。古代哲学家亚里士多德在观察月食过程中月面的阴影边界呈现的是弧形,因此提出地球是球形的设想,后来麦哲伦通过环球航行,进一步证实了地圆说,使人们对地球的形态以及空间的概念有了全新的认知。

此后,人们就对空间维度的兴趣明显提升,在零维点、一维线、二维面、三维体的基础上,发现通过增加维度并对该维度进行折叠,可以使物体的运动可以沿着原有的轨迹一直持续并且通过再次经过起点,于是形成了线的闭合、面的闭合的思路,继而在闭合的基础之上,可以不用跳跃边界而实现空间的转移,二维基础上增加并且扭曲第三维形成的莫比乌斯环、三维基础上增加并且扭曲第四维形成的克莱因平面,都是在人类对空间深入思考基础上形成的概念。

爱因斯坦的广义相对论,进一步拓展了人们对处于空间中的物体,它们之间存在万有引力实质的认知,确立了有质量的物体会使空间发生扭曲,然后一切物体会沿着测地线,也就是两点之间最短的距离相互靠近,这个空间的扭曲则是引力产生的根源。至于空间的扭曲程度,后来的科学家们提出了空间曲率的概念,表征的具体含义就是在给定的一个空间,其对欧氏空间偏离程度的标量。

空间曲率越大,表明空间被扭曲得越厉害,以这个被扭曲的空间为参照系,虽然物体仍然是沿着直线前进,但是从这个系统以外来看,这个物体的行进路线则是顺着一定的曲线(测地线)运动的。大家都知道黑洞,由于它的中心奇点质量极大,那么引发的周围空间的扭曲程度也非常高,以至于在一定的范围之内,光线都只会沿着这个严重弯曲的测地线运行,而无法逃脱出去,这个范围被称为黑洞的事件视界。

而对于宇宙空间来说,现有的主流观点认为它是138亿年前奇点的一次大爆炸所持续膨胀形成的,如果从时间线上来考虑,大爆炸所经历的历程,主要包括前期的剧烈急速膨胀、减速膨胀和现在的加速膨胀三个阶段。就像吹气球一样,宇宙中的所有星体,从总体上看是不断被推离开的,目前科学界解释目前推动宇宙膨胀的关键因素是暗能量。那么,在这种理论之下,无论是开始的剧烈膨胀,还是现在的加速膨胀,其应该具有各向同性,也就说宇宙空间的扩张基本上是按照球体的状态挺进的,那么球体空间的存在,则说明无论其中的星体如何分布,宇宙的空间曲率也必然存在,否则这就与宇宙大爆炸理论相悖。

而目前我们在可观测宇宙范围内,之所以看到宇宙的状态似乎是完全平坦的,不存在弯曲现象,主要原因在于这个空间的尺度非常之大,直径465亿光年的可观测宇宙范围之内我们还能够看到遥远星系发射出来的光线,而在这个距离之外,宇宙的膨胀速度都大于了光速,我们或许永远都不会知道外部是个什么样子。我们现在所看到的可观测宇宙,其图片是一个标准的球形,这是我们理想化中的一个模型,即使我们用最先进的仪器设备也不会看到它的边界。而这个无形的边界之外,距离越远,其膨胀速度超过光速就严重,因此膨胀带来的空间范围也就无法想象了。

假说我们是一只身在气球上的蚂蚁,那么,当气球开始膨大时,我们初始的一段时间或许能够感受到的气球表面是一个曲面,但当气球越吹越大,我们看到的气球表面就会越来越像一个平面,当这个气球吹到足够大时,我们就会极难发现这个平面是弯曲的,宇宙膨胀也是一样的道理,只是我们处在宇宙这个大气球的“里面”而已。有科学家做过相关研究,通过特殊的方法测到了宇宙空间的弯曲系数,从而得到整个宇宙的直径应该在23万亿光年这个级别,可以看出我们所能了解的可观测宇宙,在这里面是多么的微小。

既然能够测到现在宇宙的空间弯曲系数,表明整个宇宙在向外膨胀时也有可能是以球体的形态存在的,只是这个球体的半径是无比的巨大,因此理论上旅行者1号沿着同一方向行进,是有可能重新回到太阳系甚至原点的。但是,在我们现有的理论体系之下,任何有质量的物体都不能加速到光速,而可观测宇宙之外的空间膨胀速度已经超过光速,因此在膨胀效应的影响下,所被拉伸的空间形成的额外路程,光都无法进行弥补,因此,别说旅行者1号,连光都无法到达真正的宇宙边界。

声明:部分文章和图片来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除:allen585858@qq.com。本站发布此信息目的在于传播更多信息,与本网站立场无关,不保证该信息(包括但不限于文字、数据及图表)准确性、真实性、完整性等。本文地址:https://www.qiwenya.com/zrdl/6390.html

联系我们

在线咨询:点击这里给我发消息

微信号:weixin888

工作日:9:30-18:30,节假日休息