到宇宙深处到底有多难？

科技 04-01

（本文出自《知識就是力量》雜誌2016年3月刊《用科幻之眼透視宇宙穿越》一文，作者：艾星雨，原創作品，轉載請註明出自知識就是力量微信公眾號）

在很早的時候，地球人就有了去宇宙深處探險的想法，去地球以外的星球移民也是構想了好久，而火星一直被認為是人們移居的星球首選。很多人想像，火星距離地球很近，其實並非如此。

那麼，到宇宙深處到底有多難？我們不妨以火星為例探究一番。地球和火星都圍繞太陽運動，但它們的速度不同，圍繞太陽的路徑（橢圓形）和長度也不同，所以相對位置總是在變化。當火星與地球位於太陽的同一側，三者基本呈一條直線，且火星位於近日點而地球位於遠日點時，火星與地球的距離最近（古代占星家稱之為「沖」），約5600萬千米；當火星和地球在太陽兩側，三者基本呈一條直線，且火星和地球都位於遠日點時，火星距離地球最遠（古代占星家稱之為「合」），約4億千米。但這裡所說的距離，都是直線距離，而從地球到火星的航線，不可能是直線，只可能是弧形的或者橢圓形的路線。顯然，火地相衝與火地相合時，去火星的航線也是不同的。

具體而言，從地球到火星，有3條路線可以選擇：第一條路線叫霍曼轉移軌道，是一個叫沃爾特·霍曼的數學家發現的。這條航線呈巨大的橢圓形，開始一端與地球相切，末尾一端與火星相切。宇宙飛船在火地相合時出發，因為這時出發，宇宙飛船的前進方向與地球的前進方向相同，能夠獲得地球約30千米／秒的速度，所以是最節省燃料同時也是難度最小的航線，唯一的問題是耗時比較長。

第二條路線叫沖點航線。如果我們把太陽系想像成一張動態的平面圖，中心是太陽，八大行星繞著它不停轉圈，就會比較容易理解這條航線了。宇宙飛船在火地相衝時出發，卻不是向外直奔火星，而是向內飛向太陽，飛過金星和水星的軌道，以極快的速度從太陽旁邊繞過。這時，太陽對宇宙飛船會有巨大的加力，形成「引力彈弓」效應，就好似太陽把宇宙飛船「拋」出去，其速度遠遠超過發動機所能提供的動力。然後，只需略做調整，飛船會反向掠過水星、金星和地球的軌道，直抵航線的終點，也就是火星。這條路線是所有路線中最長、最複雜、最危險的，但也是速度最快、耗時最短的路線。

第三條路線叫快速合點航線，這是霍曼轉移軌道的改進路線。與霍曼轉移軌道相比，快速合點航行需要宇宙飛船在中途用發動機改變航線，相當於多用點兒燃料來「抄近道」。這條航線比第一條航線近，所花費的時間也少一些，相較第二條航線更為安全。不管是哪條航線，用現有的火箭技術所花時間都要超過180天。而且，去往火星之路不僅漫長，而且充滿了意外和危險。蘇聯向火星發射了20多顆無人探測器，全部以失敗告終，美國人的運氣要好得多，但成功率也不到50%。這就是為什麼我們1969年就登陸了月球，但至今沒有登陸火星的原因。想想看，去火星都那麼困難，去往太陽系內的其他星球，乃至太陽系之外、銀河系之外、本星系群之外……又有多麼困難呢？

新媒體編輯：張旭

原文編輯：房寧

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