對天空亮一下手電,明天光會不會出太陽系了?

趣問


如果對天空亮一下手電,這點功率的平行光,早就被大氣散射或者吸收了,連遠處的高樓都難以照亮,不要說飛出大氣層,飛出太陽系了。

當然如果只是假設一種理想情況,比如換成更大功率的激光,或者假設手電光沒有任何衰減,那麼一天時間以光速也可以飛行很遠的距離,我們都知道光速是愛因斯坦相對論所定義的運動物體速度的極限,只有光在真空中可以實現每秒30萬公里的光速。

而太陽系的尺寸目前還沒有確切的數字,但遠遠不止我們平常看到的包含八大行星這樣的一個範圍。按一般恆星的引力控制範圍,太陽系的尺度也應該在光年的量級上,也就是光要走一年,所以這點手電光要飛出太陽系,也至少需要一年的時光。

雖然光速相對於我們日常各種交通工具的速度已經是令人震驚了,但相比起宇宙中,恆星之間數個光年的距離,銀河系等星系動輒數十萬光年的範圍,光速還是顯得太慢了,除非舊的物理規律被打破,科幻中的蟲洞,時空摺疊等可以實現,我們才不會對星際旅行產生絕望。

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量子實驗室


如果忽略大氣以及其他因素的影響,只要對天空照射一下手電筒,這些光就會以光速(每秒約30萬公里)在宇宙中不斷行進。至於一天時間能否飛出太陽系,答案是否定的,光在一天的時間內還離開不了太陽系。

雖然光速很快,但太陽系的範圍也不算小。海王星距離太陽大約30天文單位,光從地球傳播到海王星軌道需要大約4小時的時間。不過,海王星不是太陽系的最終疆域,在此之外還有柯伊伯帶、離散盤。事實上,太陽引力的主宰區域可以至少延伸到1光年之外的奧爾特雲。也就是說,從地球上發出的光要離開太陽系,至少需要一年的時間。

雖然光用一天的時間遠不足以飛出太陽系,但足以超過已經在太空中飛了41年的旅行者1號。這艘最遠離地球的無人探測器現在距離我們大約20光時,即光傳播20小時的距離。

如果沒有阻擋,手電筒發出的光就會在宇宙中一直傳播下去。然而,由於地球大氣的影響,能量較低的手電筒的光將有可能無法穿透地球大氣層,而是會在大氣中耗散掉。


火星一號


如果按照常規的思維來看,手電照一下天空,光線是出不了地球的。手電的光強度有限,且手電的光不是平行光源,會成一個圓錐形散開。這樣手電它所發射的光會快速地散開,且被稠密的大氣層折射和吸收,即便少數光子穿過障礙逃出地球,還需要面臨星空中各種隕石和行星的阻擋。基本上可以認為光線出了地球,就檢測不到了。



如果是使用激光,且功率強大,則有可能會穿過大氣層直接向著太陽系遠處飛去。激光的光子密度高且光線不分散,穿透力強,傳播距離極遠。潘院士的地-空量子密鑰分發實驗,就是以激光做為通信信道實現的。



如果是這種大功率激光手電照射天空,則我們可以來計算一下激光在一天內跑出的距離:

即s=24*3600*c=260億千米,約173天文單位。

如果按照太陽風觸及到的範圍算太陽系大小,則太陽系半徑為100-160天文單位,這樣這束光確實飛離了太陽系。



目前人類發射的距離地球最遠的航天器旅者者一號,距離地球約211億公里,則這束光已經超過了旅行者一號。


科學探秘頻道


嗯,這個事情的關鍵其實不是光,而是太陽系。誰都知道光的速度是每秒30萬公里,你拿著手電筒,對著天空晃那麼一下,那光蹭蹭蹭就順著光柱爬上去了,一秒跑三十萬公里,比孫悟空的筋斗雲還快呢,只要不是大氣層把它完全吸收或漫射掉——但幾乎可以肯定會這樣,畢竟空氣和塵埃不是吃素的,但我們這是在做思想實驗不是?就讓我們盡情地忽略掉空氣和灰塵吧,反正我們的思想也不需要這些個東西。

在萬分之3秒後,這束光已經衝出了大氣層的稠密區,進入了外太空,這時候你的眼皮可能都還沒來得及收回來;

1.3秒後,它已經和月球擦肩而過,順便拋了個飛吻給嫦娥,嫦娥大罵了一句流氓,不過它已聽不到了;

8分20秒,它從太陽身邊飛過,用挑釁的眼神瞄了一眼太陽:哥今天就要衝出你的勢力範圍!太陽冷哼一聲:走著瞧!

20分鐘後,它看都不看一眼,就從火星身邊衝過去了,好奇號想和它打個招呼都沒有機會;

40分鐘後,它差點兒撞進一個猩紅色的大紅斑裡,幸好及時側了一下身子才躲開,不由得罵了一句:好狗不擋道!

80分鐘後,它看到了一個腰上圍著一圈圈圓環,正在跳夏威夷草裙舞的星球,興奮得打了一個唿哨,被恩克拉多斯給白了一眼。

手電光衝啊衝,有兩個多小時什麼也看不到了,它以為自己已經衝出了太陽系,非常高興。就在這時,一個藍色的冰巨星橫在前面擋住了去路:呔,我是太陽的七兒子,曉事的趕緊留下買路錢來!

手電光落荒而逃,4個多小時候,又一個冰巨星擋住去路,這次它學聰明瞭,直接繞道而走。

5個多小時後,一個小矮個星球在黑暗的太空裡掩面哭泣,手電光慈心氾濫,同情地問它怎麼了。小矮個說,嗚嗚,我被他們開除了……

就這樣衝啊衝,衝啊衝,差不多衝了20小時,手電光遇到一個奇怪的小不點,正吭哧吭哧趕路,便問它:Hello,這裡是太陽系邊緣嗎?小不點說:嗨,來自地球的老鄉,這裡是日鞘層頂,太陽風吹到這兒就吹不動了,你自己想說是太陽系邊緣也可以,但太陽不見得會同意,前面還有奧爾特雲,裡面有很多彗星圍著太陽轉呢。

啊?還有多遠啊?

嗯,照你這樣的速度,還要走一年吧。

手電光一聽,頓時就暈了過去。太陽在遠處哼了一聲:小樣兒!我的勢力也是你屁亮屁亮的小不點兒可以挑釁的?


徐德文5分鐘科學頻道


對天空亮一下手電,明天光會不會出太陽系了?

首先明確一下,在地球上用手電對著天空照射一下,因為大氣層以及大氣中的水蒸氣、粉塵、顆粒物、漂浮物的遮擋、散射等因素,再加上手光線本身在不同大的大氣分層之間的折射、反射等,手電發出的光線根本就飛不出地球的大氣層。雖然這麼回答是科學嚴謹的,但是我想各位讀者肯定不會滿足,那我就假設光線不受上面我說的各種因素的影響,然後來回答一下。

在回答題主的問題之前,我們必須要講清楚兩個基礎的物理學概念,即:光年與天文單位。

在宇宙星系尺度上,如果用平時我們常用的公里來描述天體之間的距離那給記錄、計算、分析帶來極大的不便,因為天體之間的數字那可是貨真價實的“天文數字”!所以一般宇宙星系尺度上我們採用光年或天文單位來衡量星體之間的距離。

光年,長度單位,即光一年傳播的距離。光一秒鐘大約300000公里,光在一年時間中行走的距離約為九萬四千六百零五億公里(約為94605億千米)。

天文單位,就是太陽到地球的平均距離,一個天文單位的距離是1.496億公里,天文單位用AU表示。

根據上面的數據,我們可以得出,1光年(ly)=63241.0770843天文單位(AU)。

明白了這兩個基本的宇宙測量單位,我們來看看太陽系到底有多大。隨著科學家們的不斷探測,發現在眾所周知的八大行星之外,在距離68個天文單位的地方發現了鬩神星,這裡時太陽系中的柯伊伯帶,彗星的發源地。柯伊伯帶外面是奧爾特雲,奧爾特雲是太陽系的最外層,這裡充滿了太陽系形成初期殘留物質和塵埃。奧爾特雲的邊緣已經距離太陽50000到100000個天文單位。

根據上面的基礎知識的介紹,下面我們來計算題主的問題,根據題主的意思,我們計算光一天所走的距離為:1光年÷365=63241.0770843天文單位(AU)÷365=173.26天文單位(AU)遠遠小於50000天文單位,所以根據計算我們知道,即使不考慮大氣層對手電光線的影響,一天以後手電發出的光還在太陽系內,並沒有飛出太陽系。

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白說世界


那得看你給太陽系範圍的定義了。


如果是按照太陽風和星際物質交界處(稱為日球層)的距離,光線飛行24小時的距離確實超過了日球層,並且還超過了旅行者一號這顆發射於41年前的探測器(它是目前飛的最遠的航天器)。

如果按照奧爾特雲來規定太陽系邊界,那就差遠了,因為奧爾特雲的半徑就差不多一光年了,這個半徑的長度相當於光跑一年的距離,很顯然,24小時只是它的三百六十五分之一。


此外題目中說的用手電筒對天空亮一下,實際上這些光甚至都不能完全穿透大氣層,當然了,題主的本意可能只是想知道一下光速在直觀層面上到底有多快。

最後還是忍不住插一句:

光速真的太慢了,因為宇宙實在太大了。

雖然光速一秒能繞地球七圈半,但同可觀宇宙相比,後者的直徑就已經夠光子跑920億年了。

並且由於宇宙膨脹,現在距離我們140億光年外的景象已經永遠不能傳播到地球了,因為那裡的膨脹速度和光速相等。

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賽先生科普


提出這個問題想必是因為對太陽系大小非常不瞭解,或者瞭解侷限性很大!

我們都知道太陽系有八大行星(第九大行星冥王星被降級為矮行星),最外面的行星海王星距離地球大約2.6光時,而海王星外面的冥王星距離地球為5.6光時左右!

但如果你認為太陽系的範圍到冥王星就結束了,就大錯特錯了,冥王星遠不是太陽系的邊緣,而且距離太陽系邊緣還很遠很遠!

冥王星外面是更為廣闊的奧爾特雲,而太陽系的半徑大約1光年左右(科學家們把太陽引力的作用範圍看做太陽系的大小,1光年的地方大約就是太陽引力與系外天體引力的平衡處),所以,太陽系絕大部分都是奧爾特雲!

一光年,也就是光飛行一年的距離,所以很明顯,你用手電筒照一下天空,光飛行一天肯定不能飛出太陽系,理論上需要一年才可以!

但實際上手電筒的光很可能連地球都飛不出去,因為手電筒的光太微弱了,經過地球大氣層時會被大氣和塵埃分子折射,散射,吸收,最終還沒有飛出大氣層就消失不見了!


宇宙探索


先說理想情況,就是不考慮能量消耗衰減,也不考慮是否有物體遮擋。太陽系最外側行星冥王星距離太陽約60億公里,地球距離太陽1.5億公里。之間差為58.5億公里。光線每秒30萬公里,從地球跑到冥王星軌道需要2萬秒,大約需要5個半小時。這當然不是太陽系的邊緣,外面還有柯伊伯帶奧爾特雲等,奧爾特雲半徑大約0.5光年,需要半年時間才能到達。

實際上光線傳播過程能量是逐漸衰減的,太陽光從太陽表面出發時單位面積接收光能很高,到達地球軌道時就很少了。衰減程度和距離的平方成正比,球的表面積S=4丌r^2。到冥天星軌道就更少了。我們用手電筒照射出的瑩火之光,衰減得更小。考慮到地球大氣吸收,可以說走不出多遠。多遠呢?一千米之外肉眼就看不到了,一萬米外儀器也很難測到了。即使不考慮空氣,在太空中照射,十萬米之外就什麼也測不到了。

這當然是因為手電功率小,光線也不集中。如果是強功率激光,估計能傳上百萬公里。再遠也就不好說了。

超強功率電磁波可以傳播更遠,但是仍然出不了太陽系。目前旅行者一號己經飛出幾百億公里,和地球的信號傳遞己經出現障礙,估計很快就失去聯繫了。

就目前人類科技而言,無論是人造物體還是通信信號,都還不能飛出太陽系,指包含奧爾特雲的大太陽系。


多維觀世界


答:一般認為太陽系的邊緣是奧爾特雲,距離太陽有1光年,所以你昨天發出的手電光,是無法走出太陽系的。


柯伊伯帶

其實大多數時候,人們都會狹義地認為,柯伊伯帶以內為太陽系範圍,因為我們看到的絕大部分太陽系圖片,都只標註到柯伊伯帶;柯伊伯帶直徑從50~200個天文單位,而200天文單位的距離,光需要傳播42個小時。

但是在天文學上,並不是這麼定義太陽系邊界的,在太陽系形成之初,還是一片太陽系原始星雲,星雲物質來自於之前的超新星爆發;然後再引力作用下星雲逐漸聚集,最後形成了我們太陽和各大行星。


奧爾特雲

在星雲塌縮過程中,因為引力作用的距離有限,導致超過一定範圍的星雲無法塌縮,這部分星雲一直殘留至今,叫做奧爾特雲。

按照天文學家推測,奧爾特雲像一個球殼一樣,包裹著整個太陽系,距離太陽大約1光年遠;也正是奧爾特雲的存在,受其他恆星的引力懾動影響,時不時地使奧爾特雲內的天體,進入到太陽系內部,形成了各種彗星。


從恆星演化的角度看,奧爾特雲處於太陽引力的邊界地帶,所以把奧爾特雲看做太陽系邊界是最合理的,這也是目前主流天文學的觀點。

所以,對於題目的疑問,用強光手電在夜晚朝太陽系外射出一束光後,如果不考慮被其他天體阻擋和星際物質吸收,那麼:

(1)35分鐘後,光線到達木星軌道;

(2)6.8小時後,光線超過冥王星遠日點;

(3)20小時後,光線追上旅行者1號;

(4)28小時後,光線穿過柯伊伯帶;

(5)一年後,光線穿過奧爾特雲,走出太陽系。


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艾伯史密斯


對著天空亮一下手電,明天光會不會出太陽系?

手電發出的光與激光不同是發散的。如果天上有云,小小的手電發出的光,根本連地球都跑不出去,就被大氣及雲層散射吸收了。如果亮手電時天空晴朗萬里無雲,在太陽系內的傳播過程中手電發出的光沒有遇到障礙物,或者說沒有被完全吸收及反射,那麼還是有少數光子能逃出太陽系。

目前科學界還沒有明確的太陽系邊界範圍,因為對太陽系的邊界問題目前還存在爭議。考量鄰近的恆星,估計太陽的引力可以控制半徑2光年的範圍。如果以奧爾特云為邊界,太陽系的半徑大概在0.5光年以上。如果以日球層頂為界,大約是100天文單位左右。



地球到太陽的距離為1.5x10^8千米,即一個天文單位。光的傳播速度很快,大約30萬千米每秒,光只需用8分多鐘就能從太陽傳播到地球上。一天24小時,光跑一天大概有2.6x10^10千米(約173天文單位)。如果把日球頂層看作太陽系的邊界,那麼手電的光一天就能跑出太陽系;如果太陽系的半徑有0.5光年,很顯然,用一天的時間光根本出不了太陽系。

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