火箭是航天飞行常用的运载工具,受结构负荷限制,运载火箭的初始加速度通常在5g以下。如果有无限的燃料,理论上航天器可以一直加速,那么在这个过程中我们会有哪些奇妙经历呢?
假设加速度为9.81米/平方秒,和地球表面的重力加速度相同。随着飞船不断加速,它的速度最终将无限接近光速,狭义相对论的时间膨胀效应也会特别明显。从地球观测者的角度看去,飞船周围的时间迅速减慢,空间急剧缩小。
如果我们的目的地是距离太阳1光年的奥尔特云,飞船在旅程中途就需要掉转发动机喷口朝向并减速,那么到达奥尔特云边缘将花费大约1年的时间。
半人马座是距离太阳最近的恒星系统,由三颗恒星组成,和地球相距4.2到4.4光年之间,持续加速的飞船到达那里只需4年多一点的时间。
猎户座星云远在1000光年之外,这一距离看似遥远,但随着飞船越来越接近光速,我们眼中的星系逐渐扭曲,和目标之间的距离也不断压缩。虽然飞船上的乘客感觉时间还在正常流逝,但地球上的观测者如果能看到飞船内部,就会发现所有人的动作变得极为缓慢——喝一口水,说一句话都要好几天的时间。当我们到达猎户座星云时,飞船日历显示,时间才过了15年!
我们的下一个目标是银河系中心的明亮凸起,那里有数十亿颗恒星在围绕超大质量黑洞旋转,或许我们可以亲眼目睹黑洞吞噬恒星的壮观景象。由于银心距离太阳25,000光年,你或许认为有生之年都无法赶到那里,但别担心,持续加速的飞船只需20年就能到达!
仙女座星系是本星系群最大的一个,直径几乎是银河系的两倍,和我们的距离有250万光年。如果飞船以1g加速度航行,算上中途的减速时间,到达仙女座星系也只需30年!
你可能会问,按照这个加速度飞下去,最终能到哪呢?如果把可观测宇宙看成一个半径460亿光年的球体(下图黄色),我们以9.81米/平方秒的加速度航行22.5年,再减速22.5年,能够到达的最远距离是——145亿光年!也就是说下图洋红色圆圈中的每一个星系都可以在45年内抵达!
需要指出的是,即使以接近光速飞行,你也永远无法达到宇宙边缘,由于宇宙正在加速膨胀,超出这个范围之外的星系,远离我们的速度已经超过光速。
亚光速航行是一场名副其实的单程旅行,一旦踏上这艘飞船,你就注定将和地球亲人永别。即使你出发几十年后改变主意并中途返回,地球也已经发生沧海桑田的变迁——数十亿年一晃而过,太阳或许都变成了红巨星!
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