浩瀚無垠的宇宙，擁有無限可能。

人類自上世紀五十年代開啟太空探索時代，我們從發射人造地球衛星，到登陸月球表面，發射大量的探測器前往太陽系其它行星，甚至於最遠的一顆探測器——旅行者一號已經飛到了200多億公里外，突破日光層（太陽風與星際物質的交界處），並進一步的向更深處前進。

但值得注意的一點，雖然人類發射了大量探測器進行宇宙研究，但人類自身去過的最遠處，依舊停留在38萬公里處，也就是我們的月球，登月已經是半個世紀前的事情了，人類什麼時候才能再次踏上星際航行的征程呢？

雖然目前的技術水平不足以支撐星際航行，但這並不能阻止我們對此進行合理的暢想，由於星際航行的特殊性，相對論在這個層面上將會顯的無比重要，因此在接下來的幾篇文章中將會主要介紹在一個以亞光速航行的宇宙飛船，將會在途中遇到什麼樣的場景，也正好藉此來做一個科普。

星際航行中第一個遇到的難題就是速度問題

不同於我們現在的太空探索，已經大都是太陽系內的事情，因此不論是探測器還是宇宙飛船，對於它們的執行速度的要求，也都在第一宇宙速度和第二宇宙速度的範圍之內，但這樣的速度顯然不能滿足星際航行的要求，或者更應該說是遠遠不能滿足。

宇宙的具體有多大，這個問題不好回答，但我們經常會提到一個可觀測宇宙的概念，這是一個以觀察為主要手段，定義出的一個宇宙，它的直徑高達920億光年，即便如此，也僅僅是真實宇宙中的一小部分而已。

對於星際航行來講，太陽系只能作為我們的起點，甚至於銀河系探索也不過是第一階段而已，所以說想要在直徑高達920億光年的可觀測宇宙中航行，速度是我們所面對的第一困難，實際上就是動力問題，如何才能讓宇宙飛船擁有強大的動力呢？

按照人類的現有的成熟手段，飛船的動力無非是利用工質排出達到的，中間的原理就是動量守恆，關於這一點，早在上世紀初，前蘇聯的物理學家齊奧爾科夫斯基就已經給出了一個公式，被稱為齊奧爾科夫斯基公式（還有個好聽的名字叫做火箭方程）。

下圖就是齊奧爾科夫斯基公式

其中u是火箭噴流的速度，M0是火箭發射前的總品質，Mv是飛行過程中的品質（也就是某個時刻中的火箭品質）

這個公式於1903年被齊奧爾科夫斯基提出，給出了飛行器處於無阻力狀態下的品質與速度之間的關係，並且建議人們將來進行太空探索時，應該利用火箭進行升空以及在太空中航行，還論證了未來人類製造人造地球衛星、太空軌道站以及星際航行的可能性。

因此齊奧爾科夫斯基也被認為是現代宇宙航行學的奠基人，世界航天之父，他曾說過："地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃裡。”

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