人类发射到火星的探测器一般选定在地火相冲的年份。人类发射探测器到火星需要多久?发射行星探测器至少要达到第二宇宙速度,即每秒11.2千米,也就是时速40320千米。按照这个速度,在地火相冲年,选择最近距离即便有7000万千米,直线飞过去,也只需要1736个小时,72天多的时间。但实际上远没有这么简单,从人类上世纪开始探测火星以来,已经发射了四五十艘探测器,成功的也有20艘左右了。
用时最短的是NASA1969年发射的水手7号,用了128天;用时最长的是NASA1975年发射的维京1号,花了304天。而2018年火星大冲年,NASA发射的洞察号火星探测器飞了206天,才到达火星;就在7月23日,中国首颗火星探测器天问发射成功,距报道,要到明年2月份才能到达火星,用时也是7个月左右,200多天。
为什么需要这么久呢?事实上,人类发射行星探测器并不是走直线到达目标,由于火箭脱离地球引力需要巨大的能源消耗,这就注定了飞船或探测器无法携带更多的备用燃料,必须采用最节省燃料的飞行方式和路线。这种飞行方式有3种,最短距离也最费燃料的是冲点航行,其次是快速合点航行,最省燃料的是霍曼转移轨道。因为火星和地球都一直在运行,而且速度很快,地球公转线速度为每秒29.8千米,火星公转线速度为每秒24.13千米,因此不管采用哪种航程方式,都不是直线冲到火星。
现在比较常用的是采取节约燃料的霍曼转移方式,2018年NASA发射的洞察号和我国发送的天问一号都是这种方式,因此飞行时间需要7个月左右的时间。这种方式整个行程要超过4亿千米路程。这种航行速度达到了多少?据有关资料介绍,洞察号206天总行程达到4.85亿千米,这样的话,其航行速度就远远超过了第二宇宙速度。
我们简单计算:485000000/206/24=98098km/h其平均时速达到了9.8万千米,秒速达到了27千米。由此其加速和减速过程就需要较长时间。一般来说,发射要从地球轨道切线出去,达到脱离地球引力速度,并通过利用地球的引力弹弓效应,飞船绕地球若干圈,获得加速度后,再启动自带燃料加速变轨进入地火转移轨道。
经过漫长时间追赶,到达火星后,需要被火星引力所捕获,并利用火星引力减速,环绕火星若干圈后,切入火星环绕轨道,降到目标速度后,才能够适时启动降落程序。有些探测器为了取得加速度,还需要通过金星引力弹弓效应加速,如伽利略号木星探测器,就是通过多次绕金星获得引力弹弓效应加速后“弹向”木星的;而帕克号太阳探测器,则是通过多次绕行金星和太阳之间的椭圆形轨道,获得秒速100千米乃至200千米速度的。
现在来说说孙悟空怎么飞火星。根据前面描述,地球飞往其他行星并不像到邻居家串门那么简单,需要经过脱离地球引力,获得引力弹弓效应提速,到达目标星球,被目标星球引力所捕获,最终才减速到达。当然如果按照孙悟空的筋斗云速度,到火星还是要快多了。即便像洞察号采用霍曼转移轨道方式行程4.85亿千米,也只需要约9000秒时间,2.5小时就到了。
或许孙悟空动力强劲,且不需要燃料,根本无需霍曼转移方式,就更快了。但有一点不能忽略,就是不知道孙悟空的刹车功能如何。在西游记里孙悟空被铁扇公主用芭蕉扇扇了一下,就飞出了5万4千里,好在他机灵地攀住了一个山尖尖才停了下来。在太空没有可拉扯攀附物体,且孙悟空要翻9000个筋斗才能够到火星,这样他会不会晕头转向,还能停下来吗?孙悟空具备太空反作用力的喷气功能吗?在太空中停下来的唯一自主办法就是利用反作用力,就是朝反方向喷气,需要消耗很大能量,不知道孙悟空有没有这个本事。
孙悟空的筋斗云那么快,每秒5万多千米,靠吹几口气停下来似乎不太可能,那咋办呢?只有依靠天体引力给自己减速,但什么样的天体才能够拉住每秒5万千米的速度呢?太阳恐怕是没这个本事的,只有中子星和黑洞了。中子星逃逸速度达到光速1半,孙悟空的速度才光速1/6多点,这样中子星对付孙悟空就绰绰有余了。问题是距离我们最近的中子星也在250光年以外,这样孙悟空去中子星减速来来回就要几千年。
而且即便在中子星减了速,又用什么速度飞回来呢?等他回来,我们蜗牛般的探测器早已经完成任务,被火星沙尘暴掩埋长眠许久了。还需要补充一句,所谓筋斗云还是要有云,说明孙悟空的飞行还是在地球空气中,没有空气哪有腾云驾雾一说?太空处于真空状态,孙悟空会憋死吗?又哪来云雾给他腾和驾?所以看来,孙悟空的筋斗云速度对于探测火星毛用都没有。
以光速前进,多久可以到火星?有哪些相关的科学依据?
火星是太阳系内由内而外排列的第四颗行星,在夜晚的天空可以看到如图所示的火星发出的光,质量约为地球的11%,而直径则为地球的53%,但是其自转周期却和地球极为相似,由于火星基本上是沙漠行星,地表沙丘遍布,当然也没有液态水,在赤铁矿的作用下,地表呈现橘红色,因此在古代就把火星称作“荧惑星”;即使是这样,火星还是被称作地球的兄弟行星,但是火星与地球的距离还是太过遥远,2003年6月11日,美国发射勇气号火星探测器,直道2004年2月4日,该探测器才成功地在火星表面着陆,差不多在地球与火星之间飞了8个月,而火星与地球之间最近的距离是55000000千米,由于在太空中没有阻力,以飞行器的速度来飞行都要飞8个月,可见距离之远。
但如果让光飞起来,情况可能会有所改善。真空中的光速是每秒300,000,000米,也就是每小时1,079,252,848公里。经过计算可以得知,光到达火星的时间约为0.05小时,即到达火星约需三分钟。这个数据表明,如果宇航员到达火星,从地球发送给宇航员的指令进入宇航员的通讯设备需要三分钟。另一个有趣的现象是,如果人类可以移民火星,地球在外部攻击下突然爆炸,那么我们在火星上要花三分钟时间才能看到地球毁灭后的样子。