这些年,中国航天走出了“小步快跑”的节奏感。据知情人士透露,2022年内,中国航天将全面完成天宫空间站的建造。2036年至2045年间,将建成综合型的月球基地,实现人类长期驻留,开发利用月球资源,保持定期的地月往返航班。到2049年,计划完成100个天文单位,到达距离地球150亿公里的地方。想要跟上中国航天的“小步快跑”,先了解什么是天文单位吧。
星与星的距离
在地球上,人类通常会以千米为单位来测量距离或长度。例如,从北京到上海的航线距离约为1178千米,地球的半径约为6378千米等。
但是,离开地球到太阳系空间,“千米”这个单位用起来就非常不方便。例如,冥王星到太阳的平均距离约为5900224000千米,以引力范围计算太阳系的半径约为34410000000000千米,堪称“天文数字”。在这种情况下,科学家不得不采用另一些表达距离或长度的单位,其中常见的有天文单位、光年、秒差距等。
在这里,天文单位本身就是一个表达距离和长度的基本单位。1938年以前,天文单位被定义为地球到太阳的平均距离,但这样一来其数值随着日地运行在不断变化。于是2012年,国际上将天文单位的长度确定为一个固定的数值,即1天文单位等于149600000千米。由此可以得出,冥王星至太阳的距离约为39.44天文单位,太阳系的半径约为23万天文单位。
光年和秒差距
不过,冲出太阳系来到银河系,天文单位用起来也不方便了。例如,太阳离最近的恒星——比邻星的距离约为265600天文单位,银河系的直径约为6324000万天文单位。在这种情况下,科学家只得启用光年和秒差距。
众所周知,光前进的速度是30万千米/秒,那么,1光年的距离大约是94608亿千米或63240天文单位。按照光年来计算,太阳与比邻星的距离约为4.2光年,银河系的直径大约是10万光年(另一说20万光年)。
在天文学学术研究中,秒差距的使用比光年更频繁。和天文单位一样,1秒差距本来被定义为某一天体与1天文单位的对角为1角秒时的距离,但2015年被重新定义为一个精确值,也就是648000/π天文单位(约206264天文单位)。1秒差距的距离等同于3.26光年。也就是说,太阳离比邻星的距离大约为1.3秒差距。绝大多数距离太阳500秒差距内的恒星,在夜空中肉眼可看见。
100个天文单位
综上所述,1个天文单位差不多是地球到太阳的平均距离,数值为149600000千米。但即使是1个天文单位,以光速行进也需要500秒,对于人类目前的航天水平而言十分遥远。要知道,天宫空间站与地球表面的距离才400千米左右,月球距离地球也才38万千米,仅约0.0025个天文单位,以光速前行大约耗时1.3秒即可到达。
而100个天文单位,在距离地球150亿公里的地方,差不多接近太阳风顶层,哪怕以光速行进也需要十几个小时。如果2049年时人类希望能朝这里进发,可不是件容易的事。
宇宙的尺度实在太宏大了。目前人类距离地球最远的空间探测器,是1977年美国宇航局发射的旅行者1号(Voyager 1)。截至2021年9月27日17时47分,旅行者1号与地球的距离为23095846797千米,也就是大约154个天文单位。科学家估计,其至少还需要数万年才能到达邻近星系。
冲出太阳系,意味着对航天技术水平的要求将达到新的高度,包括重型运载火箭、深空通信网络、新一代智能航天器、航天器核能、深空制导导航与控制等一系列技术都必将得到大幅提升。(本报综合)
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