离开地球多远就无法回来了?

可以100%肯定的告诉大家,即使你有无穷的燃料,有无穷的寿命,驾驶一艘宇宙飞船,离开地球一定的距离,也无法回来了。

这是因为宇宙在膨胀,而且是在三个维度膨胀。

这个膨胀的速度,在单位尺度、单位时间上是均匀的。其膨胀的速度大概在100万秒差距每秒钟膨胀70公里。

100万秒差距是天文学上常用的单位,相当于326万光年。

所以这个膨胀的速度也可以看成是每一光年每秒钟膨胀21.5毫米。

▍如何理解宇宙的膨胀?

我们可以把宇宙理解成一个球形,但是这是一个高维的超球体,我们存在的宇宙,在这个高维超球体的三维表面。

就像我们的城市坐落于三维地球的二维表面一样。

如果地球在不停的膨胀,我们离开家一定的距离也永远回不了家。

我们现在假定外星人在不停的往地球中间注射物质,导致地球的直径每秒钟会增大1000米,那么地球周长每秒钟就会增加 3141.5926米。

地球的周长是4万公里,相当于每公里每秒钟膨胀0.078米。

我们假定一个人步行的速度是每秒钟1米5,那么这个人从家里走出到距离家19.3公里的地方,靠步行的速度往回走,就永远也无法回家了。因为19.3公里每秒钟就会延伸1.5米。

从上海到北京高铁的距离是1318公里,这段距离每秒钟膨胀的速度是102.8米,相当于每小时370公里。此时,从上海开往北京的高铁,如果时速低于370公里的话,永远也无法抵达目的地。

在距离银河系2.2亿光年的长蛇座方向,有一个巨大的引力源,很可能是一个超级巨大的黑洞。银河系带着太阳系,正在以每秒钟超过1000公里的速度,向那个位置高速堕落。

但是地球永远也不会掉到那个大黑洞里面去,因为巨引源、地球之间宇宙空间膨胀的速度超过了地球掉进去的速度。

▍离开地球多远无法回来?

宇宙空间中所有物体的运动,都是由本身的运动,再叠加了宇宙空间膨胀得到的运动的总和。

离开地球多远无法回来,取决于我们的宇宙飞船到底能飞多快。

宇宙飞船飞行的最快速度就是光速,因为有质量壁垒存在,所以越接近光速质量越大,加速度越慢。

人类能够造得出来的最快的火箭是使用核动力驱动的火箭~猎户座计划。

这个火箭虽然只在图纸上存在过,但是已经造出了原形,证明它是可行的。猎户座计划使用5000吨当量的中子弹加热塑料盘形成等离子流,能够把宇宙飞船加速到0.1倍光速。

如果乘坐猎户座飞船,飞离地球超过13.6亿光年,就永远也回不来了。

即使有光速飞船,飞离地球超过136亿光年,也永远回不来了。

超过136亿光年的恒星发出来的光永远也不会抵达地球。

以前曾经在136亿光年远的星系,现在已经飞到了距离地球460亿光年的地方,所以我们一般说可观测宇宙的半径是460亿光年。

▍宇宙为什么会膨胀?

宇宙按照如此高的速度在膨胀,是科学家始料未及的。

上世纪初,广义相对论刚诞生时,爱因斯坦预测宇宙在大爆炸以后会先膨胀,然后到达膨胀的顶峰,以后会收缩,但是实际上并没有。

推动宇宙膨胀的能量科学没有办法描述,也没有办法解释,只能假定它是暗能量。

暗能量是一个不守恒的能量,会随着宇宙空间的膨胀不断的增加,所以宇宙空间的膨胀毫无减弱的迹象。

这股能量来源于哪里?应该在更高的维度。

这就如同推动地壳运动的能量来自于地心深处一样。

但是人类的科学家只能在三维空间中认识宇宙学规律,所以不可能理解高维度宇宙是如何运作的。

▍宇宙膨胀的最终后果是什么?

按照目前的观测,宇宙就这样永无止境膨胀。

这个膨胀的最终结果会导致大撕裂。也就是说在原子内部的空间会把原子胀破,同时把质子、中子也撑破,最后导致一切物体全部解体。




答:提问存在歧义,缺少其他前提条件。


飞行器离开地球再回到地球,并没有什么不可跨越的屏障,地球之外又不全是黑洞;所以,只要飞行器的动力足够,就能飞回地球。



不过,以人类目前的能力,是无法飞出太阳系后再飞回来的。

比如目前飞得最远的旅行者一号,40年飞了210多亿公里,在2012年8月25日穿过了太阳圈,正式进入真正的星际空间。


目前旅行者1号的速度是17km/s,携带的电力几乎用完,大部分设备都已停止工作;所以,旅行者1号是没有动力飞回地球的,只能凭借惯性在星际空间中飘荡,等待着其他智慧生命发现它。



目前人类的空间推进方式,采用的是传统化学燃料,该推进方式的效率非常低,为了使小小的飞船达到很高的速度,往往需要很大燃料质量比。比如阿波罗登月飞船,其携带的燃料,就占了飞船总质量的80%以上。


所以,未来的人类在星际空间和地球间来返,必定需要全新的推进方式,比如等离子推进器,空间曲速推进器等等。




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理论上来说,只要飞行器携带了足够的燃料,那么最终它都是能够飞回地球的,但是考虑到现有的技术,人类估计最远也就能够飞到月球上然后返回,更远的地方去了应该就没有那么容易回得来了。

人类去过的最远的地方就是距离我们38万公里的月球,去了月球之后人类还可以安全返回,这是50年前的事情了,最近美国有计划登陆火星,具体的时间点在2030年,不过照目前的情况看来,想要实现这一目标,显然不是易事,也不知道美国到底能不能给我们带来惊喜。截止目前为止,飞行距离最远的人造物体是42年前发射升空的旅行者一号探测器。

到目前为止,旅行者一号跟地球的距离已经超过了200亿公里,现在它的飞行速度达到了每秒17公里左右。除了旅行者一号之外,最近日本发射了一个隼鸟号探测器,它飞往一个小行星之后成功登陆,在采集样本之后,又重新回到地球。另外,NASA最近发射的奥西里斯号探测器正在飞往一颗名为贝努的小行星,并且计划在2023年带着小行星的样本返回地球。

严格来说,离开地球之后,是没有什么神秘的力量能够阻止你不能回到地球的,只要你有足够的燃料可以回到地球,那么你就可以回来。想要离开地球的话,速度是关键,我们知道,地球对其表面的物体存在着强大的引力作用,这个作用使得物体想要逃离地球变得没有那么简单。你朝天上扔一个小球,小球最终还是会掉到地面上来,这是因为在小球上升的过程中,受到地球的引力作用,小球的速度会越来越小,最终速度变成零,然后自由落体回到地面。

如果物体的速度达到第一宇宙速度,那么它就可以一直围绕地球做圆周运动,永远也不会掉下来,这个速度为7.9千米每秒;而当物体的速度达到第二宇宙速度,它就可以不围绕地球运行,而是围绕太阳运行,这个速度是11.2千米每秒;而速度进一步加大到16.7千米每秒的时候,物体就可以脱离太阳系的束缚,直接飞往更广阔的宇宙空间。所以说,如果想要离开地球之后再也不回来,那么速度达到第一宇宙速度就可以了,物体可以一直围绕地球运行,永远也不会掉下来,而这个距离仅仅离地表只有几百公里。




如果不考虑经济因素,能跑多远再回来,是由多种科技水平决定的。

首先是航天技术。

如果航天技术不发达,即使就在地球边上,也回不来。现在说到人造卫星,可能大家都不觉得是很高级的技术了,因为天上有那么多卫星在飞呢。但是,这些卫星当中,包括离地面几百公里的、几乎就是在大气层边缘飞的卫星,有几个能完好的飞回地球呢?

能飞上天再收回来的卫星叫做返回式卫星,现在世界上掌握了这种技术的国家屈指可数,具体哪几个大家可以猜猜看。

↓我国的实践十号返回式科学实验卫星,图自中国青年网↓

如果要想更进一步,比方说把人送到月球,然后再回来,那就需要大推力的火箭。

月球是有自己的引力的,所以宇航员在月球蹦蹦跳跳也不会飞到太空里去,而是会被月球引力拉回来,但是这样一来,登月的宇航员要想摆脱月球引力,回地球老家,那就得弄个带动力的返回舱,所以从地球上发射的时候,返回舱的重量也得算进去,这就比单独运三个人外加一面旗子要重多了。

为此美国人开发了土星五号火箭,这火箭有多大呢?有位老师最近刚参观了肯尼迪航天中心,用了三张照片才拍全这个火箭。火箭高达110.6米,直径10.1米,地月转移轨道运载能力48.6吨。有了这样强大的运载能力,才有了数次阿波罗载人登月。

↓美国土星五号的13次发射,图自wiki↓

其次是生物科学技术。

即使我们有了非常强大的运载能力,可以一直飞向宇宙深处,这时候船员的寿命就成为了一个问题。如果飞个五十年再掉头回地球,那么飞船可能还是那艘飞船,但是人已经不是同一批人了。

所以科幻小说里面一般都会给星际旅行配备人体休眠技术,用低温或者别的方法让船员保持休眠,等到了目的地再苏醒过来。

最后是天文观测技术。

当我们在地球附近晃悠的时候,觉得恒星可能位置都不怎么变化,但是如果我们远离太阳系,恒星看起来就是一个不同角度了,所以对恒星位置和运动的的精确测定会变得很重要,不然没有了准确的地(星)图,我们就会迷失回家的路。

↓当我们飞向宇宙深处,这种二维、静止的星图就不好用了,图自wiki↓

在一些故事里面也有想去哪就去哪的开挂技术,不管是叫空间折叠,还是叫传送装置,其实都跟机器猫的任意门差不多。这种开挂技术就不用考虑航天、生物和天文了,只要想象力够好脑洞够大,就能眨眼功夫从宇宙一头到另一头(如果宇宙有这种头的话),吃个铜锣烧,再回家。




理论上,只要飞船有燃料,无论它离开地球有多远,它最终都能飞回地球。地球并没有什么特殊的力在作用,使得远离地球的物体无法返回。要知道,遥远星系发出的光走了100多亿年,最后还是能够到达地球。

在人类数十年的航天活动过程中,我们目前去过最远的地方是月球,并且去了之后可以安全返回。除了近地卫星和飞船之外,最近一次返回地球的人造物体是日本的隼鸟号探测器,它把小行星样本带回了地球。NASA的奥西里斯号(OSIRIS-REx)正在飞近贝努小行星,计划在2023年带回小行星的样本。

除此之外,虽热人类向更为远离地球的地方发射了大量的无人探测器,但出于成本考虑,这些探测器都是一去不复返的。例如,好奇号火星漫游车会一直在火星上工作直至报废,两艘旅行者号飞船朝着星际空间飞行不再返回。再过十几年,NASA将计划实施载人登陆火星任务,到时将会把人送上火星,并使他们安全返回地球。

此外,如果从宇宙尺度来考虑这个问题,将会有不同的答案。因为宇宙空间正在膨胀,使得距离地球大于140亿光年的天体都以超光速远离地球,这意味着在那之外的任何物体,就算是光,也无法传播到地球上。




一个物体能不能够离开地球,不仅仅是取决于有多远,更关键的是取决于这个物体有多快的运动速度。

我们知道,地球存在引力作用,物体飞离地球就是抗拒这股引力作用向远方运动,理论上引力的作用范围是无限远的。但是,距离地球越远、引力作用越小。为什么你往上扔一个小球,小球还会掉回到地面上?这是因为小球在向上运动的时候,引力作用会让这个小球的速度越来越慢,某一个时刻小球向上飞行的速度会变成0,然后被引力重新拉回到地面上。

所以说,如果运动速度为0,那么从理论上说,就是把这个物体放到宇宙的边缘上,地球还是能够用引力把这个物体拉回来,多远都没有用;但是如果运动速度很快,比如说就贴着地球飞行的那些卫星,只要没有空气阻力的作用,那么这些卫星就会永远绕着地球飞行、再也不会回到地面上。比如说下图在地球周围高速运动的物体,如果不考虑空气阻力作用,这些物体永远都不会回到地球地面上。

所以我们说的第一宇宙速度、第二宇宙速度就是来描述拥有多高的速度可以离开地球。达到第一宇宙速度的时候飞行器可以绕着地球飞行,再也不回到地面上;达到第二宇宙速度,如果不考虑除了地球之外的天体产生的引力作用,那么这个物体就可以一直飞到天边。第三宇宙速度则是考虑了太阳的引力作用之后,这个物体想要飞到天边所需要的速度。

因此,为了让卫星可以飞离地面再也不落下、甚至于可以飞离地球,再也不回来,所以我们需要用火箭把卫星加速到极高的速度,如下图所示,火箭发射卫星的过程实际上就是巨大的火箭给卫星加速的过程。

这么解释你听懂了吗?




飞到东方红卫星的那个位置就差不多了,前提是你真的不想回来了,只要到了这么高的高度,掉下来是不会掉下来的,即使没有动力也不会脱离轨道掉下来,可以一圈一圈的飞直到被宇宙中细微的空气阻力消磨殆尽,甚至还有可能像东方红卫星一样越飞越远,大概位置是近地点430公里、远地点2384公里,飞到那个位置不说完全脱离引力至少也可以放飞自我了,地球的引力几乎为零,除非斥巨资捕捉追回,否则绝对不可能回的来。

如果不满足于上面那种高度,那么还有一种方法可以让你彻底放飞自我,甩脱一切脱离银河系,那就是达到第四宇宙速度,速度高达110千米/秒以上,由于科技水平有限,目前我们无法得知银河系的具体高度只能估算,粗略估算整个银河系的直径大约为10万光年,这就说明想要完全脱离银河系则需要速度至少达到1500千米/秒才有可能在有生之年离开银河系。

目前没有任何一个国家的航天技术可以做到这个高度,别说目前了,就算再过几十年几百年也不一定能达到这种技术,脱离银河系的束缚进入其他星系,这样就真的没办法回来了,宇宙中几亿个星系, 而银河系的半径就达5万光年以上,想要突破银河系即使速度,动力都有了也需要很多年,脱离成功以后能够活着再次回到地球更是难上加难,年龄上的限制再加上各种不确定因素如疾病,食物等问题的干扰,活着返回地球的可能性几乎为零。





这个问题有些不清楚,没有设定条件。是指现在的技术呢还是将来的技术呢?是载人飞行呢还是无人探测呢?不同的条件有不同的答案。

目前人类载人飞行离开地球最远的就是到过月球,而且只有一个国家到过,其他国家目前都还没有这个能力在地外天体上落过脚。而无人探测器已经探测了太阳系所有的星球,最远的旅行者1号已经飞出了200多亿公里,目前还能接受到它的信息,如果一定召唤它回来的话,难度肯定很大了,因为它的能源已经快耗尽了,很难在实行变轨定向了。而且这个飞行器本来就不是计划要回来的,而是飞出太阳系,向深空送去人类的问候和坐标。

我想凭着NASA当前的航天技术,要发射一颗无人探测器从太阳系最远行星海王星轨道召回,大概是有可能的。

现在新地平线号探测器已经完成冥王星探测任务,已到达柯依伯带,启动探测小行星新增加的任务。如果回收此类探测器是有这个能力的,但付出的代价和回收技术难度会较大,到了地球轨道,需要派出一架航天飞机去把他它回来。所以没有价值和必要。

载人航天近十几年最宏伟的计划就是载人登陆火星计划了,NASA已经宣布了在2033年左右实施这个计划。

最近的计划是在2020年载人重返月球,在月球背面登陆,并在月球轨道载人航行一年以上,还要再月球建立星空之门。这些计划最大的目的就是为载人登陆火星做准备,实际上是利用十几年的时间,为登陆火星进行实战演练。这个计划已经得到了美国总统特朗普的批准并命令执行。

人类的载人航天还有一个“百年星舰”计划,这个计划2010年由美国NASA提出,这个计划2012年得到美国时任总统比尔·克林顿的支持,并得到了DARPA(美国国防部高级研究计划局)的资助。

这项计划于2012年9月13日在美国休斯顿启动。“百年星舰”计划旨在未来100年内,开发出成熟的长距离载人宇宙飞船,载人飞往太阳系外的星际空间,进行恒星际远航。

这项计划的具体内容是建造一艘数万吨级的宇宙飞船,用核聚变能源驱动,能以12%光速飞行,载人飞往太阳系以外,飞到最近的恒星半人马座的比邻星有4.22光年,需要50年左右的时间。

也就是说一个人如果20岁登船的话,到达这个最近的目的地也已经70岁了,所以对每个宇航员来说这是一张有去无回的单程船票,这些为人类太空探索事业首批远航者将永远的留在太空,幸运的话会成为人类第一批太阳系外移民。

事实上,火星计划也是该项目的一个环节。NASA埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登说,美国预计2030年左右将把4名志愿者送上火星,成为首批地外居民。

沃登表示,招募志愿者的前期工作,早在2010年时就已经展开。1992年进入太空的第一位黑人女宇航员梅·杰米森,有幸被挑选为“百年星舰”计划的首任机长,她已经50多岁,有志为人类星际探索活动献身。

但“百年星舰”计划是一个长期而艰巨的任务,有很多意想不到的难题要解决,投资也十分巨大,很可能需要全世界力量的参与。

不管怎样这项计划已经启动,而且一环扣一环的进入实施中,时空通讯认为,人类过去克服了种种困难走向了太空,今后也一定能够征服更深远的太空。

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就现在的交通工具而言人类还无法冲出太阳系,距离最近的火星目前还无人率先到达过,试想离开地球

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页面更新:2024-05-10

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