手电筒打出一束光,它能在24小时内飞出太阳系吗?

宇宙中什么最快?在信息爆炸的时代,可能几岁稚童都能够回答:光速。事实上,抛去空间自身的膨胀速度来看,光速确实是宇宙中最快的速度,相对论中已经给出了最好的解释。

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也正因为光速极快,科学家们才选用了光速作为宇宙中的距离尺度。而动辄以光年为距离尺度,也进一步凸显了宇宙的浩瀚与无垠。

面对浩瀚的宇宙,不知道大家是否思考过一个非常有意思的问题:如果手电筒发出一束光,这束光能在24小时飞出太阳系吗?

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或许很多人看到这个问题会不假思索地给出一个答案:不会。毕竟手电筒发出的光实在是太微弱了,不要说飞出太阳系,可能连飞出地球都很困难。

但答案真的是这样吗?其实对,也不对,因为光虽然在真空中是没有消耗的,但宇宙并不是绝对意义上的真空,它其中充斥着大量各种各样的物质,光遇到它们必然会被它们遮挡或发生作用,在外界看来这束光就“消失”了(实际上转化为了波长更长的不可见光)。

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所以想要知道这个问题的答案,需要加上一个前提条件——理想状态下。此时的问题也就变成了:一束光在理想状态下,能够在24小时内飞出太阳系吗?

探究这个问题,我们首先要知道太阳系究竟有多大,毕竟在理想状态下光速是不变的,所以知道了太阳系的实际大小,自然也就知道问题的答案了。

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那么太阳系究竟有多大呢?最开始,科学家们将太阳系边际定在了冥王星轨道外侧,这种划分方法沿用了大半个世纪之久。

按照这种方法划分,这束光在24小时内必然可以飞出太阳系,因为地球距离冥王星约30个天文单位,这段距离光最多也就飞4个多小时。

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然而,随着观测技术和观测方法进步,科学家们很快发现这种划分方法并不正确,因为此时“柯伊伯带”走入了人们的视野。

“柯伊伯带”位于海王星外侧,是一个远比小行星带辽阔的地带,其中不仅包括了原本属于行星行列的冥王星,还包括了人们熟悉的创神星等一众天体。按照科学家的推测,柯伊伯带中直径大于50公里的天体至少有10万颗之多。

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如今,柯伊伯带属于太阳系已经是科学界不争的事实,而这样一来太阳系的范围就要比最初以冥王星为界时要大得多。

如果算上柯伊伯带,一束光能够在24小时内飞出去吗?当然还是:能。因为柯伊伯带的直径大约为25个天文单位,也就是37.5亿公里,这段距离光大约需要飞3个多小时。

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3个多小时加4个多小时才7个多小时,这离24小时还差得很远,所以如果太阳系的边界是以柯伊伯带进行界定,那么光仍然能够在24小时内飞出太阳系。

但柯伊伯带真的就是太阳系真正的边界了吗?答案当然是否定的,在确定柯伊伯带存在后不久,科学家们又发现了“日球层顶(Heliopause)”。

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日球层顶是太阳产生的带电粒子组成的“气泡”,这个气泡保护着内部的行星,使得外界致命的宇宙射线无法顺利进入其中,给地球孕育生命提供了机会和可能。曾有科学家断言,如果不是因为有日球层顶的存在,根本就不会有人类的出现。

作为最外层的保护层,日球层顶应该就是太阳系的边界了吧?其实它还不是太阳系真正意义上的“边界”。

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在对进入太阳系的诸多彗星进行溯源研究后,科学家们发现它们几乎都来自太阳系外侧一个神秘区域,这个区域是一个将太阳系包覆其中的球状云团,有大量的彗星在其中活动,科学家们将其称为“奥尔特云”。

据推测,奥尔特云应该是46亿年前太阳系形成早期的原行星盘残余物质,正因为如此它大得惊人。

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其距离太阳最近处约5000天文单位,最远处约50000天文单位,甚至在某些文献记载中对其的估值达到了10~20万天文单位(1.58~3.16光年),也就是比邻星到太阳距离的一半左右。

从结构上来看,奥尔特云的外边缘就是太阳系结构的边缘,同时也是太阳系引力影响范围的边缘。至此,如果按照最远的距离计算,太阳系的半径大约在1.6光年左右。

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知道了太阳系的半径,我们回到最开始的问题:一束光能在24小时飞出太阳系吗?答案非常明显了:不能,因为它至少需要1.6年才可以。

对于这个答案可能许多人会觉得出乎意料,因为在一些科普图片中看到的太阳系似乎很小,根本无法将两者联系到一起。

总的来说,虽然人类生活在太阳系中,但我们对它其实并谈不上“了解”,在那漆黑的帷幔之后,定然还隐藏着许多不为人知的秘密等待着我们去一一破解。.

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页面更新:2024-04-11

标签:飞出   太阳系   天文单位   小时   冥王星   天体   光速   彗星   行星   手电筒   边界   宇宙   地球   距离   答案

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