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发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

抖音快讯 2025年07月19日 14:31 1 admin

本文基于回答网友邀答的问题,见截图:

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

这是一个非常有意思的想法。近期正好有一颗太阳系外的天体进入人类视野,且正在朝着我们飞来,在未来一年时间里,会一直在天文学家们的观测范围。如果能够在这样一颗太阳系外的天体上安装一个探测器,让其无需动力的乘坐这种免费“空中巴士”,到遥远的天际一游,并将各种数据发送回来供人类研究,岂不快哉?

这颗新近闯入太阳系的天体,是今年7月1日被位于智利奥乌尔塔多的ATLAS望远镜发现的,开始临时编号为“A11pl3Z”,后来正式编号为“C/2025N1”,为了纪念发现它的望远镜,被命名为“3I/ATLAS”。

这是人类发现的第三颗太阳系外闯入的天体。第一次发现是在2017年,编号为“C/2017U1”,这是一颗雪茄状的小行星,昵称被称为“奥陌陌”;第二次发现是在2019年,编号为“2I/2019Q4”,为纪念发现它的业余天文学家根纳迪·鲍里索夫,命名为“2I/鲍里索夫(2I/Borisov)”。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

“3I/ATLAS”的运动轨道属于不闭合双曲线,且运行速度极快,达到每秒60公里,由此天文学家们认定这是一颗太阳系以外闯入的天体。刚发现时,被认为其直径达到20~40公里,如此巨大的系外小行星闯入,令人震惊。但现在已经基本认定这是一颗类彗星天体,去除其慧发影响,固体内核直径可能约为4~5公里。

“3I/ATLAS”被发现时就已经在木星轨道以内,距离太阳约为6.7亿公里;经过16天运动,现在已经距离太阳6.1亿公里,由于太阳引力拉扯作用,速度已从每秒60公里提升到了61公里,而且依然在加速。经测算,“3I/ATLAS”到达太阳引力拐点,也就是围绕着太阳拐个弯向太阳系外飞去的那个点,速度峰值将达到每秒68公里。

根据“3I/ATLAS”的飞行轨迹和速度测算,它将于2025年10月29日到达近日点,届时距离太阳1.38天文单位,也就是约2.06亿公里。这个位置将在火星与地球轨道之间,之后,“3I/ATLAS”将转头向太阳系外飞去,几个月后,渐渐消失在人类视野外。

由于“3I/ATLAS”进入拐点时与地球并没有在太阳同一侧,因此其近日点时并非近地点。“3I/ATLAS”与地球最近时的位置,是在其掠过太阳拐点一个半月之后的12月19日,这时它会与地球擦肩而过。不过这个“擦肩”的近地点距离约为2.76亿公里,这是地球与火星最近距离的5倍多,因此,碰撞的几率几乎为零。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

之后,“3I/ATLAS”会一往无前地向外太空飞去,虽然由于太阳引力牵制,其速度会逐渐略微减缓,但直到飞出太阳引力圈,速度还会保持在每秒58公里左右,以后如没有意外,就一直会保持这个速度。这个速度远超太阳系的逃逸速度(第三宇宙速度,每秒16.7公里),因此,“3I/ATLAS”将一去不复返,永不回头。

那么,如果发射一个探测器固定在“3I/ATLAS”上面,利用这颗来自遥远太空的彗星,以人类目前还还难以企及的速度,一路飞出太阳系,这种想法有意义吗?

当然有,如果真能做到的话,意义还很重大,具体列举如下:

首先,可以对星际物质进行原位探测。牛津大学团队通过欧洲空间局 “盖亚” 探测器的数据模拟发现,3I/ATLAS很可能来自银河系的厚盘区域,这是银河系中一个古老恒星构成的结构,位于太阳所在的薄盘上方,那里恒星的年龄普遍超过80亿岁。由此推测3I/ATLAS的母星可能时一颗年龄超过80亿岁的红矮星或类似天体,这个天体在形成早期可能通过引力相互作用将3I/ATLAS抛到了星际空间,让其在宇宙中流浪了数十亿年。

如果能够发射探测器固定在这颗彗星上,就能弄清它的成分和结构,并分析得到它的年龄及其经历。要知道这是一颗年龄远超太阳系的天体,弄清了它的来龙去脉和状态,对于研究宇宙起源及银河系起源,乃至太阳系起源、生命起源都有着重大意义。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

其次,这是一颗高速运动的天体,至少比人类目前发射的航天器要快两到三倍。人类飞得最远的无人探测器旅行者一号,以每秒17公里的速度,飞到太阳风顶层用了35年,现在飞了48年,才飞离我们约250亿公里。如果搭乘“3I/ATLAS”,飞到太阳风顶层只需不到10年,飞到旅行者一号现在的距离只需要13年。

在这样高速“巴士”上,探测器将获取的空间探索资讯不断传送回来,可以让人类更快了解宇宙中更新地信息,充实人类知识储存。

再次,“3I/ATLAS”将以每秒约60公里的速度一直飞下去,只要约18年多就能超越旅行者一号到达人类触及地最远空间,由此就能够得最远更新的空间情况。如果人类技术能够将这么远的探索资迅源源不断发送回来,对人类文明发展将起到极大作用。

何况,搭乘这种免费“太空巴士”无需自主推进系统,也不需要导航和纠正轨道,节省了大量燃料。且探测器可以永远的运行下去,直到亿万年后。当然,要维持探测器仪器工作运行,还是需要携带相应的能源。能源枯竭后,探测器虽然还能附着在这辆“太空巴士”上,也与人类再无联系,只能作为人类文明遗迹,等待着被“外星人”发现并研究。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

那么,搭乘“3I/ATLAS”这种免费“太空巴士”的探测器,与人类自己发送的探测器有哪些区别呢?我想,至少有如下几个区别:

直接发射的独立探测器,可以根据人类给定的目标和任务运动,如旅行者一号先后探测了木星、土星,及其一些卫星,并拍摄了太阳系全家福,完成任务后才向太阳系外飞去;而搭乘“太空免费公交”的探测器只能被动跟着载体的轨迹,探索方向和目标不受人类控制。

直接发射的探测器可以更系统地探索太阳系天体,独立探索遥远空间环境,并独立验证深空导航与生存技术,为人类未来深空远航积累经验;而搭乘“太空免费公交”的探测器则较为被动,只能根据载体轨迹探测周边情况,且受载体本身物质气体影响,难以客观分析深空物质及其辐射状况。

直接发射的探测器能够受人类控制,可以规避一些太空风险,有既定的任务时间和寿命;搭乘“太空巴士”的探测器则只能自生自灭,比如在接近太阳时,彗星的挥发会加强,甚至出现表面崩塌解体等状况,此时探测器是否安全则难以预料,由此,其寿命具有不确定性。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

因此,人类直接发射探测器,与发射探测器搭乘“太空巴士”各有利弊。现在的问题是,即便有心发射一艘探测器,搭乘“3I/ATLAS”这个“太空巴士”,凭人类现在的科技能做到吗?

可以肯定地回答,不能。因为凭着人类现代科技水平,根本还不具备这个能力,理由至少(但不限于)有如下几点:

1、时间窗口极端紧迫,根本不够。星际天体从发现到飞离太阳系的时间极短,如“3I/ATLAS” 从 2025 年 7 月发现,到 2026 年飞离,给人类的时间窗口只有约 1 年,要建造发射一艘探测器,必须在数月内完成设计、发射,现有人类技术根本做不到。实际上,截至目前,任何重大航天任务的规划设计制造和发射,所需准备时间都需要数年到十数年。

如旅行者一号从立项到发射就耗时了10 年;日本研发隼鸟号小行星探测器也花了十几年时间;欧洲“罗塞塔彗星彗核取样计划”1991年启动,研发了14年,2004年发射后,在太空花了10年的时间去追赶丘留莫夫-格拉西缅科彗星(67P);美国NASA“双小行星重定向测试”任务研发了7年,于2021年发射(DART)航天器,在太空追踪了10个月,才接近距离地球1100万公里的“迪莫弗斯”小行星,实现了撞击,完成人类首次主动防御小行星威胁的任务。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

需要强调的是,以上太空任务的探索对象,都是早已经被科学界关注甚至熟知的天体,上述任务时间并未包括了解这些天体的时间。由此,要想在一颗突然出现的彗星上“埋地雷”,一两年时间是远远不够的。

2、高相对速度下的对接难度极大,且人造航天器从初始速度到达到数十公里高速需要足够的时间。“3I/ATLAS” 的速度达 60 公里 / 秒,而采用化学燃料的火箭发射最大速度只能达到每秒11.2公里,需要通过复杂的引力弹弓组合,经过多次借力木星、土星、金星乃至太阳等天体的引力提速,才能达到追上“3I/ATLAS” 的速度,对接时,航天器又需要减速,与“3I/ATLAS” 的相对速度误差需控制在0.1米/秒以下,才能实现厘米级精度的软对接。

初步测算,探测器需携带15-20 吨燃料(液氢 + 氙气),经过35-40 年时间,通过引力弹弓 + 核热推进 + 离子推进的组合方案,并突破超高速对接技术,才可能实现与 3I/ATLAS 的对接。因此,这只能是未来至少四五十年后的技术,现有技术框架下是无法做到的。

3、这种探测器需要适应天体的极端环境,设计制造以及发射对接难度极高。“3I/ATLAS”的表面覆盖水冰、甲烷和有机尘埃,且可能存在气体喷流(速度达 1.5 公里 / 秒)。传统锚定装置(如 “罗塞塔号” 的鱼叉)可能失效,需开发形状记忆合金锚爪和自适应粘附材料(如碳纳米管阵列),能在-200°C 至 300°C范围内保持粘性。

发射探测器固定在高速星际天体上,飞出太阳系探索的设想可行吗?

因此,如果要发射探测器到“3I/ATLAS” 上固定,就要了解弄清楚其各方面状态后,才能有针对性设计制造,这些都需要长时间观测研究,还需技术上的重大突破。

4、即便成功对接,要得到探测器发回的信息,还需要深空通信的极限突破。距离地球越远,信号衰减越严重(与距离平方成反比),旅行者一号目前距地球约 250 亿公里,信号传输需 23 小时,接收端需超大口径天线(如 NASA 的深空网络);搭“太空巴士”的探测器随天体远离后,同样面临通信难题,但由于其路径不可控,可能更早进入信号 “盲区”。这样,十几年后可能早就超出现代技术能够接受到的范围。

所以,这种搭乘免费“太空巴士”探测外太空的想法虽然很好,但实际上并不免费,而且花费超出想象,当前的人类科技状态下也还无法做到,况且还需权衡利弊有没有这个必要。当然,在未来五十年到一百年后,人类科技发展到更高层次,这种想法或许能够变成现实。对此,各位有什么看法,欢迎讨论。

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