如果從地球出發，到達太陽系每顆行星要花多少時間？

你有沒有想過登上一艘宇宙飛船, 踢開那藍色的地球,穿越漆黑的宇宙, 奔向太陽系中一顆顆遙遠而又神祕的行星,會是怎樣的體驗? 在阿波羅時代,宇航員發了三天就跨越了38.4萬公里的距離, 踏上了月球,聽上去好像宇宙旅行並沒有那麼遙遠。 於是很多人可能會想,如果去月球只要三天, 那麼到火星、木星或者土星是不是隻需要一二十天? 然而,事實遠比你想象的更加震撼, 要抵達太陽系的其他行星,不僅需要漫長的旅行, 還要面對軌道力學、行星運行速度以及探測器加速方式等複雜挑戰。 今天,就讓我們一起揭開答案,看看從地球出發, 到達太陽系每一顆行星究竟要發多久。 首先,我們要知道太陽系有多大。 在1781年之前,人類一直認爲太陽系只有6顆行星, 它的邊緣就在土星的位置。 直到英國天文學家威廉·赫西爾發現了天王星, 人類才意識到自己對太陽系的認識是非常有限的。 太陽系的邊界從土星軌道的14億公里, 擴大到天王星軌道的29億公里。 1846年,天文學家再次發現海王星, 再次將人類已知的太陽系邊界擴展到了45億公里。 接下來,人類對太陽系的認識不斷加深, 從冥王星到科伊伯代,再到奧爾特雲。 太陽系究竟有多大? 我們又要多久才能衝出這個牢籠? 在測量之前,我們必須確定一個單位。 對於太陽系來說,用千米來衡量過於細碎, 而用光年的衡量又顯得過於龐大。 因此,天文學家設立了一個專門的長度單位——天文單位。 天文單位它的長度是地球到太陽的平均距離大約爲1.496億公里。 讓我們從太陽系最內部開始,以水系爲例。 它的半長足大約爲5790萬公里,大約是0.39個天文單位。 木星的半長足爲5.2個天文單位。 而冥王星與太陽的平均距離大約爲59億公里, 大約是39.5個天文單位。 這個距離如果用高速公路上的汽車,大約需要6000年才能走完。 幸運的是,隨着人類科技的發展,太空探測器的速度遠遠超過了汽車。 大約20年前,美國宇航局的新視野號探測器發射升空。 經過9年半的飛行,它於北京時間2015年成功地飛越了冥王星。 它的飛行速度達到了每小時8.4萬公里。 如今我們知道,冥王星只是太陽系科伊伯帶中的一個普通的行星, 而且是科伊伯帶中距離太陽最近的天體之一。 科伊伯帶位於海王星軌道之外, 它最早由愛爾蘭天文學家艾奇沃斯提出, 後來由美國天文學家傑拉爾德·科伊伯推廣和完善。 科學家認爲,科伊伯帶充滿了冰質的小天體, 是原始太陽星雲未能形成行星的長片,散佈在這片寒冷的區域。 據推測,科伊伯帶的範圍大約有30個天文單位,延伸到50個天文單位。 它的寬度大約有20個天文單位。 在這片區域存在着大量的小天體, 其中最大的直徑不過兩三千公里, 甚至無法與月球相離冰潤。 第一個進入科伊伯帶的探測器並不是星四也好, 而是美國宇航局在1970年代發射的旅行者二號探測器。 它於1977年8月20日升空,並於1989年飛越了海王星, 成爲第一個實際進入科伊伯帶的探測器。 而海航者一號雖然也發射於1977年, 但它的軌道並沒有經過科伊伯帶, 卻最終成爲人類歷史上飛到最遠的探測器。 2012年8月25日,美國宇航局宣佈海航者一號進入了新季節制, 成爲人類歷史上第一艘跨越日球層頂的航天器。 很多人以爲這意味着它飛出了太陽系,但事實並非如此。 海航者一號和二號僅僅飛出了日球層,仍然處於太陽引力範圍內。 太陽在進行核聚變的同時,會向外釋放出強烈的輻射。 大量的高能粒子以平均每小時160萬公里的速度衝向太空, 這被稱爲太陽峯。隨着距離增加,它的密度逐漸降低, 能量也開始衰減。 而在宇宙中,也有來自銀河系和其他恆星的高能粒子宇宙射線。 大約在距離太陽120個天文單位的位置, 太陽峯的壓力和外部宇宙射線的壓力達到了平衡。 這個邊界被稱爲日球層頂,它的厚度大約是0.5個天文單位。 在這裏,整體子體的密度和能量均力波動。 當科學家發現,海航者一號記錄到整體子體以特定的頻率震盪達到峯值的時候, 他們便確認了它已經穿越了日球層頂。 然而日球層只是太陽峯影響的邊界, 距離太陽系真正的邊緣還有很遠的距離。 根據美國宇航局2020年3月的數據, 海航者一號距離地球大約221公里, 並以每秒17公里的速度飛向宇宙深處。 即使以這樣的速度要飛出科伊伯代進入太陽系最外層的結構奧爾特雲, 還需要數萬年的時間。 1950年,荷蘭天文學家奧爾特正式提出了奧爾特雲的概念。 他認爲,這裏是太陽系飛行的發源地, 儲存着數以億計的廢核, 可以源源不斷地向太陽系內提供新的飛行。 經過數十年的研究,科學家們對奧爾特雲有着更深的認識, 它的總質量可能是地球的5到100倍。 奧爾特雲的直徑被推測爲10萬個天文單位, 大約是1.6到2光年,有些模型甚至認爲可以達到3光年。 換句話說,從地球出發的探測器, 至少要飛行大約1光年的距離,才能達到太陽引力的極限, 也就是太陽系的真正邊界。 2光年的尺度是什麼概念? 這相當於1340萬個太陽首尾相連的寬度。 如果地球的大小是一釐米, 那麼太陽就是一個西瓜, 而整個太陽系的大小就如同是一座城市。 這就是太陽系的範圍。 對於今天的人類的探測器而言, 這個具體仍然是無法逾越的鴻溝。 更不用說到達4.24光年外的比林星, 以目前的速度,海航者一號大約需要7萬多年才能到達, 而即便是速度更快的星四也好, 大約也需要3.7萬年才能到達。 既然太陽系這麼大, 那麼我們從地球出發去八大行星需要多少時間呢? 爲了簡化這一旅行, 我們今天就假設一條行星間距離最短的直達路線, 然後乘坐一艘與最快的航天器星四也好一樣 擁有8萬公里時速的飛船,來開始我們今天的這趟旅行。 水星,這顆一天時間比一年還要長的星球, 與地球之間的最近的距離大約是7700萬公里, 飛到那裏大約需要962個小時,也就是40天左右。 金星,與水星相比,去往6100萬公里之外的金星顯然要快得多, 但是我們抵達金星的時間大約是需要32天。 火星,作爲太陽系中被人類訪問最頻繁的行星, 所以這趟旅程可能是我們最不陌生的了。 火星與地球最近的距離大約是8200萬公里, 以每小時8萬公里的飛行速度,42.5天之後你就會到達火星。 雖然木星是距離地球最近的其他行星, 但它們之間的距離依然有着5.91公里的距離, 也就是說我們至少需要306天才能看到太陽系最大的行星。 與木星相比,土星還要更遠一些, 它與地球之間的距離大約有12億公里, 即便有8萬公里的飛行時速,想要飛到那裏依然需要622天。 天王星與海王星,身處太陽系最外層的它們, 是太陽系中僅有的兩顆無法用肉眼看到的行星。 距離相對較近的天王星與地球也相隔了驚人的27億公里, 我們至少需要1416天才能到達那裏。 至於海王星,那就更別提了,兩者之間有43億公里的距離, 這個時間拉長到了2250天,足足需要6年多才能到達。 旅行者2號花了大約9年的時間纔到達天王星, 大約12年到達海王星。 至於明王星,星4一號大約花了9.5年的時間才完成了這趟旅程, 但根據實際的情況,這樣的旅行可能需要長達15年的時間。 即便是此,我們依然未能飛出太陽系。 在海王星前方有2億公里之外, 還有着10萬小行星的家園各一撥帶, 而距離最外側的日球城更是有着百億公里的距離。 由此可見,在傳說中的曲綠引擎真正出現以前, 所謂的遨遊太空恐怕是個無法實現的夢想而已。 那麼假如我們從太陽出發,以光速飛行, 在旅途中會看到什麼樣的風景呢? 太陽的光球城之外還有色球城、日冕等結構, 這些也都算是太陽大氣層的一部分, 它的總厚度達到了數百萬公里, 而我們的光速只有每秒鐘不到30萬公里。 所以在這次旅行前的幾秒鐘裏, 我們都在日冕中穿梭,而且溫度反而越來越高, 甚至超過了100萬攝氏度。 在穿越了日冕之後,我們算是進入了宇宙空間, 大約飛行3分鐘的時間,我們就飛來到了我們的第一站。 水星 水星是太陽系內最內側的行星, 和太陽的平均距離大約是5790萬公里。 在這個距離上,水星表面的溫度可以達到400多度。 不過,水星可不是太陽系內最熱的行星, 這個稱號要等到下一站才能看到。 從太陽出發6分鐘後, 我們就會看到太陽系最熱的行星——金星。 由於恐怖的溫室效應, 金星把大量的熱量都留在了大氣層內, 以至於表面的溫度可以達到465攝氏度, 甚至超過500度。 不過,它的高枕大氣溫度還是比較適中的。 因此,有人推測,這裏可能隱藏着一些金星生物。 我們再飛行2分20秒時間, 我們就會來到自己的家園——地球。 地球是太陽系內最大的岩石行星, 表面71%都被海洋覆蓋, 而在這片海洋也是生命資源。 迄今爲止,地球依然是我們已知唯一的擁有生命的天理。 不過,隨着我們的旅行的繼續, 會看到更多希望孕育生命的星球。 從地球再飛行4分20秒, 我們就會來到火星。 火星的直徑只有地球的一半, 它的溫度可以達到20多度, 還算是比較宜居。 因此在尋找火星生命的同時, 科學家們也希望火星成爲人類的第二家園, 成爲我們的殖民地。 今年,中國、美國和209都發射了火星探測器, 希望能夠更加了解這個小地球。 在距離太陽2.17到3.64個天文單位範圍內, 我們將會展開長達6分鐘的小行星代穿越之旅。 在這個範圍內,分佈着大約50萬顆小行星, 其中最大的古神星直徑也不足1000公里。 科學家認爲,這個小行星代可能曾經有望孕育一顆行星, 但是在木星的引力下流產了。 從太陽出發43分鐘後, 我們就會來到太陽系最大的行星——木星。 木星的直徑達到了14.3萬公里, 是地球的11.3倍。 它的林內足夠裝下1300顆地球。 木星的質量也非常恐怖,是地球的318倍。 太陽系內除了太陽之外的其他天理加起來在一起, 質量也只有木星的40%。 同時,我們還能輕鬆地看到木星的四顆大衛星, 那就是四顆伽利略衛星。 在離開地球大約一個半小時後, 我們就會看到太陽系的第二大行星——土星。 土星有一個巨大的光環, 這也使得它被稱爲太陽系最美麗的行星。 它的直徑同樣非常大,達到了11.6萬公里。 土星距離我們大概有十幾億公里, 在這個距離上看到地球大概是這樣的樣子。 土星有一個衛星非常值得關注, 那就是土威六。 土威六是唯一擁有完整大階層的衛星, 並且表面同樣存在着湖泊, 不過這裏不是水,而是有機物, 但這樣也可以支持生命的存在。 因此,美國運行局也同樣有計劃, 在未來的幾年去探索這顆太陽系內最遺居的衛星。 在距離太陽28.71億公里的地方, 就到了天王星的地盤了。 我們從太陽飛行到這裏大概需要兩小時45分鐘的時間。 由於距離太遠, 儘管直徑是地球的四倍, 天王星在地表也是幾乎用肉眼看不見的, 直到1781年才被英國天文學家威廉·赫謝爾發現, 這也是第一顆用望遠鏡發現的行星。 天王星也有一個光環, 而且通過光環我們可以清晰地看到, 它的自轉軸傾角達到了98度, 看起來就是在躺着公轉, 而在更遠的45億公里處, 就是太陽系最遠的行星,海王星了。 我們飛到這裏大概需要4小時10分鐘的時間, 雖然它的表面也是成蔚藍色, 但是海王星並非一個擁有海洋, 而是因爲大氣中有比較多的甲烷造成的。 海王星是太陽系內風速最快的行星, 表面的環境極其惡劣, 它的風速最高可以達到每小時2000公里。 地球上最強的颶風和它相比, 那簡直就是威風。 如果你還想去看冥王星, 那就需要更遠的距離了。 我們還需要大約1.3個小時, 才能到達這顆曾經的第九大行星, 如今只是一顆矮星星。 這是一顆非常尷尬的天理。 2015年,新地平線號探測器飛過了冥王星, 成爲了迄今爲止唯一近距離探測過冥王星的人造設備。 研究表明,冥王星雖然極其寒冷, 但地表以下同樣隱藏着液態海洋。 這裏會有生命嗎?不知道, 也許未來探測器會給我們答案。 在距離地球大約66億公里的地方, 有一顆著名的小行星, 那就是2014 MU69。 這個小行星又叫天涯海角星, 是中國天文學家朱鏡在1997年發現的。 隨着新地平線號的抵達, 它也成爲人類迄今爲止近距離觀測到最遙遠的天體。 它的外形就像一個雪人, 由兩個球狀的結構組成, 它的總長度大約只有31公里。 能夠在這麼遠的距離發現這麼小的天體, 還真是不容易。 從冥王星到天涯海角, 基本上就是太陽系科伊伯代的範圍。 提開科伊伯代, 我們將繼續這趟旅程。 再飛差不多50億公里, 我們就會來到一個叫日球沉底的地方。 這裏是從太陽輻射角度定義的太陽系的邊界。 我們知道,太陽和宇宙都有強大的輻射, 在太陽系內側,太陽輻射比較強, 在較遠的地方, 宇宙輻射更佔優勢。 在日球沉底,兩者達到平衡。 隨着我們穿越了日球沉底, 我們就會擺脫這一部分太陽方的輻射, 更多地開始承受了宇宙的輻射了。 好了,大家可以稍微休息一下。 下一個目的地是在距離太陽225億公里的位置。 從我們抵開太陽系到這裏大約需要27個小時。 在這裏,我們就能追趕上人類發射 它從1977年發射至今, 以及走了如此遙遠的距離。 即使我們乘坐光速飛船,也需要一天多時間才能追上。 接下來的旅程可能更加遙遠。 我們將會去光明奇蹟爲止發現最遠的太陽系天體——塞德納。 它目前和我們的距離是海王星的三倍, 而它的遠日點極其遙遠, 估計在937個天文單位之外。 也就是說,如果我們去光明位於遠日點的塞德納, 光是路程就需要花費5天10個小時。 即使這個距離也遠遠沒有脫離太陽引力的範圍。 當我們以光速離開太陽大約9個半月後, 就會進入到太陽系最外層的結構——奧爾特雲。 換句話說,從引力的角度來看, 我們至少還需要飛行一年半的光程, 才能真正擺脫太陽的牽引,進入宇宙深處。 而相比之下,地球與太陽的距離只是短短的500光秒, 顯得非常渺小。 回頭再看,我們的太陽系竟然如此龐大, 一個半徑可以達到10萬天文單位的系統。 如果把整個太陽系當作一個蘋果, 我們甚至還沒有飛出蘋果的果核。 好了,各位乘客,這一趟太陽系之旅就先到這裏。 如果有一天我們能夠飛得更遠,飛出太陽系, 甚至抵達4.24光年外的比寧星, 請一定記住,替人類拍一下跨越星海的合照。