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Saturday, September 24, 2022

【星行者】背景知識 - I 太陽系


太陽系,我們的母星系,其大致產生於46億年前的一個星雲的引力坍縮,最終整個星系超過99%的質量都集中在太陽本身,這就是我們的恆星 - 太陽,其剩下的其他物質,則隨著星系的演進陸續形成了各個大小8個行星和行星帶,而這些行星帶,就是【星行者】的主角們進行星際探索的目的地。

對太陽本身來說,由於巨大的質量產生的引力,在太陽的核心,大量的質子(氫原子核)融合成氦原子核,並釋放出高能的x/γ射線,這些高能射線從太陽中心出發,經過上萬年乃至最長達5千萬年之後才能到達太陽表面,並在此過程中被轉換成了可見光和射線的結合體,然後逃逸進入太空,從某種意義上來說,整個太陽系的能量的來源就是來自於太陽的核聚變。

由此不得不說到 “核聚變引擎” 這個詞,在文中反覆出現,這種引擎其實也是採用類似太陽核聚變這樣的技術,而基於這樣的技術水平,整個小說的世界背景便始於此,在那個時代,人類已經開始進行整個太陽系內的探索並由此為能源在多處建造了各種衛星城。

那麼文中提到的各種行星和行星帶,又是什麼樣的呢,木星,土星離我們多遠?小行星帶在哪裡?柯伊柏帶又在哪裡?為什麼Ami和Alcon的任務,動輒就需要幾年?下來就來一一解說。

首先是這張距離比例圖:



看看整個太陽系的大小,這張圖的左邊顯示的是太陽的表面,橫軸表示的是從太陽出發到各個行星的距離的按照比例顯示的位置(可以忽略這個圖中的行星的大小比例,重點關注距離),你可以看到,水星,金星,地球,火星都在最左邊擠成一堆的這幾個紅色豎線的位置,而小行星帶(Asteroid Belt)則在火星和木星之間,劃開了兩個區域,小行星帶左邊的這個區域,成為“太陽系內環 (Inner Solar System)”,這裡面分佈的都是岩石類的行星,地球是第三顆岩質行星,而小行星帶之外,就是木星,土星,天王星,海王星這種氣態巨行星,這個圖的紅色X軸上有2個單位標識,分別是
  • 1.5E8km – 代表 1.5億公里,這是地球到太陽的距離,採用標準計量單位km
  • AU - Astronomical Unit 代表“天文單位”,就是一個地球到太陽的距離,即上述的1.5億公里
有了這個單位的概念之後,你再看上面的圖,就可以看出小行星帶幾乎就是家門口的距離,這也是文中DSF的飛行員們開始進行初階探索的地方,而飛出小行星帶之後,木星大概在5AU的距離,而土星大概在10個AU的距離,到此已經是地球到太陽的10倍距離了,然後到20AU才是天王星,30AU才到海王星,海王星往外再3個AU才開始進入科伊伯帶,文中Alcon的加裝了強大的KU-2級別星際探索引擎的3137,以安全速度飛越每一個AU就需要大約9個地球天,也就是說,即使不做任何躲避直線飛行,飛到海王星甚至還沒摸到柯伊柏帶的邊緣,就已經需要接近300天,所以整個小說的背景中,時間和空間的巨大間隔,構成了故事線中不可或缺的一部分。

上面說明了各個行星和行星帶的距離,下面再說說行星的大小比例,為了展示距離,上述行星的大小並不是按照比例顯示,如果要按照星體的大小比例來顯示,則看起來是這樣的:





從太陽開始,小小的那幾個太陽系內環岩質行星分別是水星(Mercury),金星(Venus),地球(Earth),火星(Mars),看起來,地球真的小的可憐啊,在文中,地球有時候被稱之為 “母星”,這個小小的藍色行星就是我們在宇宙中的家。

文中,在太陽系內環,人類建立了大量的太空城,這樣的太空城基本集中在地-火軌道之間,這個距離到太陽的距離適中,但是可以拿來建造太空城的材料不多,所以家門口的小行星帶就成為了可以提供材料的一個理想場所,這就是整個星際勘探的需求來源。同時,雖然太陽系外環的行星都很巨大,可是他們都是氣態行星,我們人類無法立足,而且太陽系外環的星體遭受小行星和彗星撞擊的可能性都比較大,即便是他們的衛星也不是理想的居住地點。


那麼,衛星城的建立需要的材料可以來自小行星,是否隨便抓到一個都可以用?也不是,按照人類的科技線路,金屬材料憑藉著優異的延展性和可塑性,是最佳的工程材料(或許未來的碳基結構的複合材料也是?可以儘管想像一下)。那麼這種金屬材料可以從小行星帶獲得麼?--- 答案是:可以。


目前太陽系內的小行星按照光譜分析的結果大致有幾種(數量少的就不說了,主要是這3類)

  • C-型小行星:占所有小行星的75%,數量最多,基本是碳元素。
  • S-型小行星:占所有小行星的17%,主要成分包括鐵、鎂和矽。
  • M-型小行星:剩下的小行星中大多數屬於這一類,鎳,鐵成分居多,一般說法是以前行星的金屬核的殘片或者殘留。

文中也提出,C/S類別的小行星的改造技術還在研究中,而最常用的就是M型小行星,這也是Ami和Alcon等飛行員勘探尋找的目標,而在他們識別安裝了追蹤裝置之後,這種小行星就成為他們所在公司的資產,勘探飛船負責勘探和標識,然後會有牽引飛船(類似我們的拖船)來把行星拖到目的地進行開採和改造。

相對於“家門口”的小行星帶,柯伊柏帶(Kuiper Belt)就是一個位於海王星軌道之外遙遠的小行星帶,而且有些行星的塊頭還不小,比如被降級的冥王星,它就是柯伊柏帶的一個矮行星,文中也提及,因為距離非常遙遠並且範圍巨大,勘探成本也高很多,危險也無處不在,如果從經濟利益上來說,回報率並不高,所以在這個區域進行的勘探的性質其實更像圈地運動。而Alcon,應該就是第一批進入柯伊柏帶勘探的飛行員,在文中,他們被稱之為 “ 拿到KU-2認證 ” 或者 “KU-2級別” 的飛行員。

在這裡,先放一個位於火星和木星之間的小行星帶的黃道面俯視圖,你會發現,這些小行星的佈局好像有些規律?是的,整個太陽系的行星之間的引力相互作用會產生很多有趣的效應,在下一篇文章中,我會來說說太陽系中的各個行星和行星間的行星力學導致的一些有趣現象: