类地行星,人类真的能登上类地行星吗?

文章作者:外星探索网 | 2015-05-06
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类地行星

类地行星是与地球相似的行星,都是以铁金属为中心,主要成分以硅酸盐石的行星。类地行星的表面一般都有峡谷,陨石坑,山和火山。类地行星和其他的类木行星有很大的分别,类木行星都是气体行星。

各国天文学家和科学家在不断的探索中,发现了几颗类地行星,并且认为这些行星上有液态水的存在,也就意味着生命可能的存在。

类地行星特点

结构特点

类地行星结构特点

 类地行星的构造都很相似:中央是一个以铁为主,且大部分为金属的核心,围绕在周围的是以硅酸盐为主的地凾。月球的构造也相似,但核心缺乏铁质。类地行星有峡谷、撞击坑、山脉和火山。类地行星的大气层都是再生大气层,有别于类木行星直接来自于太阳星云的原生大气层。

分类特点

八大行星分为三类:类地行星、巨行星和远日行星。

类地行星包括水星、地球、火星、金星。类地行星是与地球相类似的行星。它们距离太阳近,体积和质量都较小,平均密度较大,表面温度较高,大小与地球差不多,也都是由岩石构成的。

巨行星一般指气态巨行星,是不以岩石或者其他固体为主要成分构成的大行星。

远日行星,包括天王星Uranus和海王星Neptune(原来还包括冥王星Pluto,现在冥王星已不算在行星之内),较木星Jupiter和土星Saturn离太阳更远,其体积适中,它们都是在望远镜发明以后才被发现的。

密度趋势

一个类地行星的密度是指在零压力下的平均质量。密度越高,则金属含量越高。类地行星的密度会随着与恒星的距离增加而逐渐下降。在太阳系中距离太阳越远的类地行星的密度就会越小。

类地行星探索过程

类地行星

从20世纪80年代开始,人类就开始探测太阳系外的行星。1995年,凤凰计划中开始使用射电望远镜观测200光年以内的类日恒星,但是找到的都是气体行星,而找不到由岩石和矿物组成的类地行星。

2003年英国科学家发现在离地球25光年远的织女星周围可能存在着一颗类地行星。之后在智利的天文观测台在离地球20光年的地方又发现了新的类地行星,该行星体积和海王星相当,质量约为地球的十七倍。

2005年科学家发现了太阳系外的一颗超级类地行星,统称为超级地球。该行星的质量估计是地球的7.5倍大,被命名为格利泽876d。

2006年天文学家在银河系深处发现一颗围绕着红矮星运行的类地行星,该行星距离太阳系9000光年,体积是地球的13倍,质量和海王星差不多。

2007年瑞士的科学家们在格利泽581附近发现两颗超级类地行星,并认为该行星表面可能有液态水,该类地行星的质量约是地球的5倍。

2008年瑞士天文台的科学家宣布发现了五颗类地行星。

从1995年之后,人类发现了越来越多的类地行星。由于多数类地行星距离我们太远,天文学家无法直接通过普通天文望远镜用肉眼观察,而只能依靠无线电波或者光谱分析等探测方式间接测算出类地行星的存在。

类地行星研究发现

美国航空航天局的天文学家在一项研究中通过对光谱的分析发现了新的证据确认了类地行星的确存在,而且这些行星上很有可能存在生命。

科学家们把研究的重点放在了对于类地行星上植物的生长上,通过研究植物的颜色来分析该类地行星所在的星系中恒星的颜色以及在行星周围围绕的大气的组成情况。太阳系外的类地行星也有可能围绕着与个与太阳类似的行星旋转,其周围也有可能拥有与地球类似的大气层,那么这颗行星上就有可能出现植物,这些植物也可以吸收红色光线、蓝色光线和绿色光线的能量,但这些植物的颜色却不一定会反应为绿色。因为在它吸收的光线当中,红色光线不一定是最多的,如果其它的光线占到大多数,那么植物就会呈现出其它的颜色,如黄色或者红色。

类地行星上的植物颜色

科学家们称,我们也许发现不了一个与地球一样的行星,但是在这些类地行星上可能广泛存在着细菌生命。如果我们能够发现一个类地行星上有适合生命形成的环境,那么我们就应当认为在这个行星上可能存在着生命。

如果类地行星真是的存在,并且证明该行星上面存在液态水之类的生命必须物质,那么外星人的存在应该也是真实存在的。

登上类地行星可行性分析

如果人类真的发现适合居住的类地行星,那么人类的外星移民计划又是否真的能够实现呢?

NASA宣称,如果我们在不久的将来发现了适合人类居住的类地行星,假设距离地球20光年。人类各国联合建造了一个1吨的探索飞船载满探测仪器前往该类地行星。又假设当时的人类拥有一个激光加速器能将能量100%的用于对飞船的加速,其速度目标值是50%的光速,以便我们的这个飞船能在40年内到达(同时又假设减速装置不占用任何质量,减速效果非常完美)。在这个的条件下,加速器要给飞船施加多少能量呢?

根据E=mc2=m0c2/√(1-v2/c2)可以计算出来。

把速度v从0提高到c/2,m0=1t=10^3kg

E1=m1c2=m0c2/√(1-02/c2)=m0c2

E2=m2c2=m0c2/√(1-c2/4c2)

W=E2-E1=(2m0c2/√3)-m0c2

≈0.1547m0c2

=0.1547 * 10^3kg * (3*10^8 m/s)2

≈1.4*10^19J

(如果目标速度是80%c,需要的能量是6.03*10^19J)

2009年全世界全年发电量约为25万亿千瓦特小时

E2009=2.5*10^13 * 10^3 W * 3600s =0.9*10^20J

按满负荷运转计算,全世界发电机组的总功率为28.54亿千瓦。

(国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望2009》中,IEA预计全球电力需求将会以2.5%的速率增长,到2030年世界发电装机容量将达到48亿千瓦。)

由此可见,将一艘1吨重的飞船加速到光速的一半,不考虑能量损失,需要2009年全世界一年发电量的15.5%。(若是光速的80%,这一数值将是66.8%)

如果将来人类能掌握核聚变技术,100%的将质量转化为能量,将1吨的飞船加速到光速的一半需要0.1547吨的质量转化为能量。如果使用最可行、最安全的热核反应形式:

2D+3He→4He +p+γ (氘+氦3=氦4+质子+γ射线),该反应有一个中子转化为质子并产生能量,整个反应中有0.022%的质量转化为能量。

综上所述,2757.3吨氦3和1838.2吨氘(重氢,氢的同位素地球上含量丰富)参与热核反应能有1吨质量转化为能量,不考虑能量利用效率和损失,432.9吨氦3只能将1吨的飞船加速到光速的一半。

按月球上氦3为500万吨左右计算,人类未来不干任何事也只能将11000吨左右的物质加速到光速的一半,这是个十分打击人信心的一个数字,要知道这么多氦3全部用来发电够人类用1000年。

也就是说,如果人类未来要移民,而未来能量来源是氦3核聚变,穷尽1000年的能量也只能发射一个11000吨左右的一次性飞船(而现在的航空母舰是10万吨,和大型核潜艇差不多),而这样的飞船估计最多只能载500人,因为需要生命维持系统,还需要殖民开拓的机械工具,这充分说明了载人恒星际旅行的极端奢侈性。

 

外星探索网观点:

从1995年开始人类发现了很多类地行星,澳科学家曾称银河系平均每颗恒星都会有两颗类地行星,那整个银河系就有2000亿颗类地行星。 虽然测试这种结果的方法较于古老,但是人类始终相信类地行星的大量存在,而人类最终需要的还是适合人类居住的类地行星。目前的科技水平很难让人类真正意义上的登上类地行星,我们还需要更高级的工具来实现未来人类移民的梦想。

 

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