如果有一條從月球到地球的金屬桿,一路滑到地球會經歷哪些危險

首要咱們要弄清一些實際:

實際中,咱們並不能在地球和月球之間支起一根金屬桿。金屬桿挨近月球的一端會被月球的引力拉向月球,而其他部分會被地球的引力拉向地球,杆會被從中心拉斷。

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“啪”就像這樣的

另一個問題是地球自轉速度(地表速度)比月球繞地球轉的速度快,所以假設你把杆連在地上上,它很快就會脫離:

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“啪”

還有一個問題(其實大約有上百個問題吧):地球和月球之間的間隔並不固定,月亮時近時遠。雖然間隔不同不是很大,可是足以每月把杆戳進地球5公里(嘿)。

不如咱們先疏忽這些問題!假設咱們有一個奇特的杆子從月球伸下來,它能夠自由地變長變短,然後使得挨近地球這一端總是剛剛好略高於地表而不觸摸。這樣的話要多久才幹順著杆從月球滑到地球?

假設你站在杆銜接月球的那一端,你會馬上意識到一個問題:你要滑上這根杆,而不是咱們所謂的滑(下)。

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所以你不得不爬上這個杆,而不是滑下去。

其實人們爬杆是很快的,世界級的爬杆選手(有一個爬杆世界紀錄一點也不古怪)在錦標賽(有一個爬杆錦標賽一點也不古怪)中能夠以一米每秒的速度爬上去。月球上引力更弱,攀爬會更簡單,不過你要穿太空服,它可能拖累你。

當你爬得足夠高後,地球的引力就會愈加顯著並且開端拉你回地球。當你在杆上的時候,有三個力作用在你身上:指向地球的地球引力,背向的地球的月球引力和還有由滾動發生相同背向地球的離心力。一開始月球引力和離心力合起來更大,它們把你拉向月球。可是當你挨近地球的時候,地球引力開始接你回家。並且由於地球(質量)很大,當你到達L1拉格朗日點(簡而言之三力平衡的地方之一)時,你其實剛脫離月球沒太遠。

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可是世界真實太大了,“沒太遠”對你來說仍是很遠的。即便你以幾倍於世界紀錄的速度攀爬,也要花幾年的時刻才幹到L1拉格朗日點。

當你快挨近L1點時,你能夠開始從攀爬改為滑行了:你能夠用力向後推一下杆然後滑動很長一段距離,並且你能夠不等這次滑行停下來就再向後推一下杆,這樣就能夠滑得更快,其實就像滑雪時不斷地向後踢雪來加快。

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然後當你在L1點鄰近時,你就不必再憂慮月球引力拖你後腿了,關於你速度的僅有約束就是你能多快地抓著杆並向後推。最好的壘球投手們能夠以100邁每小時的速度移動他們的手,所以你大約不盼望比他們更快。

(提示:當你把自己甩出去的時候,當心別飄得離杆太遠。最好帶上安全繩一類的東西,要是你真的飛出去的話還能回來。)

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這之後再滑行幾周,你就開始感覺到地球引力的作用了,比起你自己推,它能讓你滑得更快。實際上這時分要當心,不久你就需要考慮滑得太快了。

當你不斷挨近地球,地球引力會變大,所以你也在不斷地加快。假設你不斷下來,你會以大約第一宇宙速度(11公里每秒)衝進大氣層,以這個速度和空氣摩擦會發生足以令你燒起來的熱量。 一般人們會通過給航天飛機加隔熱層來處理這個問題,隔熱層能夠吸收熱量並將其擴散掉然後確保航天飛機的安全。 既然你手邊有這根金屬桿,你能夠在杆上加一個減速鉗,這樣就能夠利用摩擦力來減速了。

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記住在這個過程中要不斷地減速,而不是等到最後再一口氣減到停下來,有必要的話甚至能夠半途停下來讓你的手或者減速鉗冷卻下來。假設你的速度已經到達了第一宇宙速度後才想起要減速,當你去抓杆的時候就會有糟糕事情發生,最好的情況是你被甩開了然後掉到地上摔死,最壞的狀況是你的手和杆的外表在衝突發生的巨大熱量中合成了一種新物質,然後你會被甩開,再掉到地上摔死。

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假設在進入大氣層的過程中你操控得足夠好,下降得足夠慢,不久你就會遇到下一個問題:你的杆和地球不是以相同的速度在移動,可以說相差很遠。地上和你下面的大氣對於你的相對速度非常大,你就要進入強風區域了。

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月球以大約一公里每秒的速度,29天為週期繞地球轉動,這也是咱們這個金屬桿頂端的速度,金屬桿底端會在相同的時間裡繞一個更小的圓,相對於月球軌跡中心平均速度是35邁每小時:

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35邁每小時聽起來可能沒那麼糟。可是考慮到地球也在自轉,地表速度遠高於35邁每小時,在赤道鄰近能夠到達1000邁每小時以上。

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所以雖然杆的底部相關於地球中心(近似等價於月球軌跡中心)移動的很慢,可是它相關於地表的速度實在是太快了。

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想知道杆相對於地表的速度其實就是在問月球對地上的速度。這個扎手的問題,由於月球對地上的速度以一種複雜的方式不斷地改變。不過還好,變化並不大,一般在390到450米每秒之間,稍稍超越一馬赫(聲速),所以詳細數值不是很必要。

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咱們花點時間核算一下也沒什麼。

月球對地面速度變化得很規則,有點像正弦函數。每月有兩個極大值和極小值,分別是當月球到達地球赤道(快速)和熱帶某地(慢速)正上空的時分。月球的軌跡速度也取決於月亮是不是在軌跡的近地點或遠地點,這些因素髮生了一個類似於正弦函數的對地面速度。

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好了,準備跳下去了嗎?

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好吧,其實關於月球對地面速度還有一個週期咱們需要去考慮。月球軌跡相對於太陽-地球平面歪斜了大約5度,地球自轉軸歪斜了23.5度。這就意味著月球在夜空中的方位和白天太陽的方位一樣會改變,每年兩次從北半球熱帶正上方移動到南半球熱帶正上方。

與此同時,月球軌跡不只歪斜,並且這個歪斜的視點也在轉動,大約18.9年一個週期。當月球軌跡歪斜角和地球自己的歪斜角相近時,月亮就會比太陽更挨近地球赤道5度,反之兩個歪斜角遠離時,月亮就會出現在更高的緯度正上空。當月亮能到達更高的緯度時,它的對地面速度的極小值就能夠變得更小。下面是接下來幾十年裡月球對地上的速度圖:

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月球對地面速度的極大值基本保持穩定,可是極小值以18.9年為週期時大時小。下一個最小值會發生在2025年五月一日,所以假設你願意比及2025年再滑下來,你能夠以相對於地面僅390米每秒的速度進入大氣層。

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當你總算進入大氣層後,你會在熱帶邊緣著陸。儘量要避免熱帶高速氣流,那是一種和地球自轉同一方向的高層氣流,要是你不小心真的遇到了,它會再給你增加50到100米每秒的風速。

不管你是從哪著陸,你都會遇到超聲速的風,所以多穿點防護服(最好是那些讓你看起來像飛機的衣服)。確認你緊緊地系在杆上,因為風會不斷地衝擊和顛簸你。人們經常說:“假設下落並沒有殺死你,那麼最後突然停下會的。”不巧的是,現在這兩種都可能會殺死你。

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到某個時候,你要不得不鬆開金屬桿。很明顯的原因是,你大概不想以聲速那麼快的速度直接跳到地面上。所以你應該比及和飛機航線高度差不多的地方然後鬆手,那裡空氣還很淡薄,就不會發生把你吹得太嚴重。在風把你吹的亂飛和不斷地下落的過程中,你能夠打開你的降落傘。

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最終你能夠安全地飄到地上,完全憑自己的力量成功從月球回到了地球。

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(當你著陸後記得把金屬桿收起來,這東西絕對是個安全隱患。)

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