少年科学粉 | 到宇宙深处到底有多难？

原标题：少年科学粉 | 到宇宙深处到底有多难？

撰文/艾星雨

本文节选自《知识就是力量》杂志

移民火星、探索月球……一直以来，地球人都在不断尝试着去宇宙深处探险。那么，到宇宙深处到底有多难？今天，我们不妨以火星为例探究一番。

地球和火星都围绕太阳运动，但它们的速度不同，围绕太阳的路径（椭圆形）和长度也不同，所以相对位置总是在变化。

当火星与地球位于太阳的同一侧，三者基本呈一条直线，且火星位于近日点而地球位于远日点时，火星与地球的距离最近（古代占星家称之为“冲”），约5600万千米；当火星和地球在太阳两侧，三者基本呈一条直线，且火星和地球都位于远日点时，火星距离地球最远（古代占星家称之为“合”），约4亿千米。但这里所说的距离，都是直线距离，而从地球到火星的航线，不可能是直线，只可能是弧形的或者椭圆形的路线。显然，火地相冲与火地相合时，去火星的航线也是不同的。

具体而言，从地球到火星，有3条路线可以选择：

第一条路线叫霍曼转移轨道，是一个名叫沃尔特·霍曼的数学家发现的。这条航线呈巨大的椭圆形，开始一端与地球相切，末尾一端与火星相切。宇宙飞船在火地相合时出发，因为这时出发，宇宙飞船的前进方向与地球的前进方向相同，能够获得地球约30千米／秒的速度，所以是最节省燃料同时也是难度最小的航线，唯一的问题是耗时比较长。

第二条路线叫冲点航线。如果我们把太阳系想象成一张动态的平面图，中心是太阳，八大行星绕着它不停转圈，就会比较容易理解这条航线了。宇宙飞船在火地相冲时出发，却不是向外直奔火星，而是向内飞向太阳，飞过金星和水星的轨道，以极快的速度从太阳旁边绕过。这时，太阳对宇宙飞船会有巨大的加力，形成“引力弹弓”效应，就好似太阳把宇宙飞船“抛”出去，其速度远远超过发动机所能提供的动力。然后，只需略做调整，飞船会反向掠过水星、金星和地球的轨道，直抵航线的终点，也就是火星。这条路线是所有路线中最长、最复杂、最危险的，但也是速度最快、耗时最短的路线。

第三条路线叫快速合点航线，这是霍曼转移轨道的改进路线。与霍曼转移轨道相比，快速合点航行需要宇宙飞船在中途用发动机改变航线，相当于多用点儿燃料来“抄近道”。这条航线比第一条航线近，所花费的时间也少一些，相较第二条航线更为安全。

穿过“虫洞”，抵达完全陌生的世界

（图片来源：电影《星际迷航》）

不管是哪条航线，用现有的火箭技术所花时间都要超过180天。而且，去往火星之路不仅漫长，而且充满了意外和危险。苏联向火星发射了20多颗无人探测器，全部以失败告终，美国人的运气要好得多，但成功率也不到50%。这就是为什么我们1969年就登陆了月球，但至今没有登陆火星的原因。

想想看，去火星都那么困难，去往太阳系内的其他星球，乃至太阳系之外、银河系之外、本星系群之外……又有多么困难呢？

今日知识点

中学地理：宇宙探索、天体运动