03.04 如果在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了?

iamsyhsyh


早已经有类似设想和研究——月球天梯,1895年俄罗斯科学家首次提出太空梯概念,使用一根绳子连接地球和航天器,人们乘坐太空电梯上下穿梭。太空梯基本上就是一条长长的缆绳---一端固定在地球上,另一端固定在地球同步轨道的平衡物(如大卫星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧,太空梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。

2010年8月12日在美国华盛顿召开的“国际天梯大会”,企业家迈克尔·莱恩表示准备另辟蹊径,在10年内建成从

月球

通向太空的“月球天梯”。这一计划受到了美国宇航局的高度重视,然而在2007年却陷入财政危机,主要原因是制造缆绳的成本过高。人类目前已经拥有制造天梯缆绳的材料,那就是在1991年发明的碳纳米绳,直径1毫米的碳纳米绳可以承载60吨重量,然而这种材料每克价值500美元。要制造一条10万公里长的缆绳,其实在那时候没有任何一家企业能够承受这庞大的成本。莱恩表示,目前他的工作重心转向月球梯。由于月球引力仅仅是地球的1/6,这可以大大降低对缆绳强度的要求。目前日本生产的柴隆(Zylon)复合纤维,成本相对较低,强度和耐热性完全满足制造月球梯的要求。他自信地表示,在5到7年内,将有机会实现月球梯的梦想。

不过这个计划没有任何官方机构正式支持。

另外除了缆绳材料强度问题外,在技术上还有很多根本性障碍。虽然有人考虑在地月之间有一些拉格朗日点的存在可以保持相对位置的稳定,月球也有一面始终对着地球。。但是地球自转24小时,月球围绕地球公转接近30天,月面还存在着摆动效应。如果链接点放在赤道附近,这条缆绳会缠起来。即使链接点放在地球两极,还有不小的摆动,加上旋转很不稳定。最关键是地月之间的距离不恒定,从最近36万多公里到最远40万公里,一条几十万公里远的缆绳或者梯子要考虑4万公里的弹性!这种材料就算按前面说的复合材料,也只是个设想而已。还有人考虑过分段、换乘等,这些都不可能根本解决。

长期保持一个这么大设备(不管是绳子还是梯子)在太空,一方面维护成本太高。第二是这种设备建成一套就有一套的承载限度,对于运送东西的规格有很大限制,得不偿失。第三是安全性太差,太空里的太空垃圾,小行星等都可能损坏它,而这么巨大的设备在太空就像人头上的一把刀,一旦坏了,掉在哪里都有可能,掉在哪都是巨大的灾难。

所以,在两个星球间拴根绳子这样的事,实在太不现实也没必要,技术上也不可靠,除非几十代人以后的遥远将来,人类科技达到赛博坦那样的时候,可以真正把地球和月亮连起来。不过我始终不认为拴这根绳子有什么必要。

有好想法还是多从自己能做的事开始。在《不见不散》里,葛优也有过凿开喜马拉雅山脉引进印度洋暖流改善西藏人民生活环境的伟大设想,不过那是为了泡妞。


正宗星语者


这有两个问题,一个是自转、公转周期不匹配;另一个是缆线强度的问题。

首先是第一个问题,地球的自转周期是24小时,而月球则大约是28天,如果简单地固定在表面上,一定会缠起来的……

当然,这个并不是特别大的问题,毕竟可以设计一些机械结构,使得其可以适应。

第二个问题才是最关键的,就是缆线强度的问题,缆线的两端各会受到地球和月球的引力,而地月之间的距离长达38万千米,缆线的质量会非常大,从而引力产生的张力也会极大。这里做一个简单的计算,我们假设缆线的线密度为λ,同时,已知地球的质量与月球的质量,这样,就可以解各处之张力T(x)。显然,x处dx*λ段缆线所受的力为:地球引力、月球引力,以及张力之微分,即有:

其中,G是万有引力常数,x是线缆之位置,R是地球半径,r是月球半径,L是地月距离。

从而可列微分方程:

此方程易解得F(x):

c1为一常数。带入边界条件,可以得,F(x)=

我们知道,一个系统能否问题,需要看其最薄弱之处,而此缆线最薄弱之处,则在于其张力最大之处。我们可以算得,此缆线在:

处张力最大,带入,即知其最大张力为:

带入实际数据,即有:

2.58736*10^6 λ

其拉力最大的位置,位于距月球四万千米之处。

λ是缆线的线密度。很明显地可以看出,这个力是非常大的。而且我们无法通过加粗缆线的方法来使得系统稳定,因为缆线越粗,就越重,线密度也就越高,这样,受力也就越大。必须要制造出抗张强度极大、密度极小的材料,才有可能制造「登月天梯」。


章彦博


不请自来。首先我要为题主大胆的想法点赞,学习物理就必须有脑洞大开,但是我们有想法也必须要面临现实。



在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,我们就可以从地球爬到月球上去。你以为是架个索道啊,说滑过去就滑过去?这种想法不仅不能实现而且相当危险!



无法实现的原因主要有两个,一找不到合适的材料,反正用钢索是不合适的。其他材料呢,最终也可能会找得到,所以第一个原因不是主要的。



无法实现的第二个原因才是最关键的,月亮的公转周期和地球自转周期不相等,一个是27天,一个是24小时。如果用一个硬杆把月球和地球连起来的话,他们做圆周运动就必须具有相同的角速度和周期,否则地球自转的快,连接的杆子必然会被拧成麻花!



如果真有一个非常硬的杆子连着月球和地球,好了,势必要改变地球自转的周期和月亮的周期,让他们同步。脑补一下,地球上一天变长了,或许达到半个月,甚至一个月,夜晚也就长了,在那么长的夜晚里,地球生命有多少能熬过去?在有地球上从此有一半永远也看不到月亮了!想想都可怕啊!



我是wl老哈,跟你一起讨论科普知识,欢迎大家批评指正。


中学物理教师平哥


如果在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了?

这就属于天梯概念了吧。

自古以来,人类就梦想上天。

然苦于上天无路,只能寄托于脑洞的奔放。

自古至今,人类上天梦的途径大致可以分为两类:

登天和升天。

人类登天之天梯

天嘛,就在高处,建造出高一些的梯子就可以实现登天梦想。

虽然实践起来,人们逐渐明白一个道理,要用梯子登天简直比登天还难。

知难而上,这种不屈精神正是人类赖以统御世界的动力源泉,当然也只有不断的时间才知道啥叫比登天还难。

金字塔

人类最早的天梯大概非金字塔莫属。

古埃及人认为,躯体只不过是灵魂暂时借住的一艘船-我们说的臭皮囊。人死后只要保证躯体不腐朽,然后再埋葬在足够高到接天墓葬里,就有可能复活。于是,金字塔就有了登天梯的含义。

当然,这种待遇只有尊贵的法老们配享。

梯形登天梯

人既然可以借助梯子登高,那么只要建造出足够高的梯子也有可能实现登天梦想。

然而,天到底有多高?谁也不知道。这也不难办,梯子不够(高)脑洞来凑,于是乎各种梯子形态的登天梯被在脑中制造出来,无论是题图所示的台阶梯还是上图这类井字梯,无论软梯还是硬体。

本问答涉及的“在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了”大概就是这种登天梯的构想。

虽然是所有登天途径里面相对最笨的。但,同时也是相对最科学的,最具有可行性的登天路径之一。

我国神话传说中,连接南天门的登山梯大概应该属于台阶梯吧。

这种梯子相对容易使用,相对来说不怕等提案者患有恐高症,

升天“梯”

升天有大概可以分为飞升和腾升两大路径。

飞天“梯”之翅膀

既然鸟可以凭借一对翅膀飞到天际,人自然也可以借助翅膀来实现飞天梦。

人生不出翅膀怎么办,还是老套路,脑洞来凑。西方神话中,天使还是魔鬼都可以凭借翅膀随性飞天,好不惬意。

像我国封神榜找那个雷震子的肉翅就笨的多,就只能有限度飞来飞去了。

飞天“梯”之神兽

我国神话中最常见的升天途径之一是借助飞天神兽,比如作为中华民族图腾的龙。

其他,无论被什么兽,只要想它能飞就能飞上天。比如,连老子骑得黑牛都可以。

腾升类天梯

似乎就丰富得多了。

腾升类天梯之腾云

我国神话故事里,神仙们标配之一是长生,之二就是腾云升天。

比如,孙大圣的筋斗云

基督教的耶稣,升天也是依赖于腾云。

腾升类天梯之仙丹

在我国,最广为所知的飞天故事当属嫦娥飞天。

而且目的地正是今天月球日的主题月球,因此也称嫦娥奔月。这个脑洞最大,不需要假任何飞和升特征的外物,仅仅依赖于长生不老药。这个那是真好,既能飞天还能不死,你要不要也来一颗?

有没有这种好药呢?似乎真有,比如旧唐书所记载的李抱真所炼“服之当升仙” 的金丹。

腾升类天梯之二踢脚

当然不还有火箭。

这个大家很熟悉了,就不赘述了。虽然它帮助人类第二次实现登月的梦想。

如果在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了?

啰嗦了这么多,目的只有一个,回到问题本身。

个人认为,“在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来”的登月天梯的创意,与上述各种天梯如出一辙,只存在于脑洞中。

当然,火箭除外。


挣脱枷锁的囚徒


看到@wl老哈的回答感觉非常有道理,我也来回答一下这个问题,首先作为一个理科生我想说我地理学的不好啊...

我搜索了下资料显示曾经在十几年前,《科学美国人》杂志曾提出一个梦想,在地球和月球之间搭建一座“太空天梯”,那么我们首先就要找到制造“太空天梯”的材料,这种材料要跨越38万公里的距离而不被自身重量拉断。碳纳米管是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一,有着极高的拉伸强度和断裂伸长率。其密度只有钢铁的六分之一到四分之一,单位质量上的拉伸强度,却是钢铁的276倍,远远超过目前人类发现和制造的其他任何材料。光有碳纳米管还不够,还需要批量制备出具有宏观长度并且具有理论力学性质的碳纳米管——单根长度达到米级甚至公里级以上。

现在假设一切环境都是好的,我们也研制出了最好的材料,现在我们第一种假设: 

 

地球和月球都有重力,而中间的太空部分是真空重力可以认为没有?一根绳子,一头在月球是自然下坠的,一头在地球也是自然下坠的,中间部分自己悬浮。也就是说,两头不用什么东西固定,永远都是绳子下垂,不会掉下来。那么只要用一根强度足够的绳子,就可以直接拉过来拉过去,实现地球与月球之间的旅行了。

(这个是看到有人这样说的,我感觉好像又什么问题,我在想月球一端固定,另一端开悬浮利用地球磁场放上一块大磁铁然后一直被地球吸引,然后解决地球跟月球不同步转的问题,哪个物理学、天文学高手给反驳下)


第二种假设:如果把地球跟月球看成2个地球仪一样沿着轴线自转的球体,这样我们在北极或者南极连接起来然后二头镇2个轴承就可以了,但是每年月球远离地球3.8cm,这根绳子要可以伸缩。


月球公转

月球以椭圆轨道绕地球运转。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道,也不平行于黄道面,而且空间位置不断变化。周期27.32日。月球轨道(白道)对地球轨道(黄道)的平均倾角为5°09′。但是现在知道月球平均每年以3.8cm的速度逐渐与地球离去。

月球自转

月球在绕地球公转的同时进行自转,周期27.32166日,正好是一个恒星月,所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”,或“潮汐锁定”,几乎是太阳系卫星世界的普遍规律。一般认为是卫星对行星长期潮汐作用的结果。天平动是一个很奇妙的现象,它使得我们得以看到59%的月面。

好了,实在编不下去了。。。。睡觉去了


贪睡的皮皮猪


这是一个脑洞很开的想法。。。不过地球上脑洞大开的人还不止你一个。。。

十九世纪末,俄罗斯科学家就康斯坦丁-特斯奥科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)首次提出太空天梯概念。一百年之后,科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)中曾描写过太空电梯的构想,人们可乘电梯去太空观光并运送货物。1999年,美国宇航局马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯:太空的先进基础设施》一文,标志着天梯将从幻想走向现实。2010年,美国太空电梯研究公司“电梯港”总裁迈克尔·莱恩日前宣称,他们梦想在10年之内造出一架“月球电梯”。

太空梯基本上就是一条长长的缆绳一端固定在地球上,另一端固定在地球同步轨道的平衡物(如大卫星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧,太空梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。

但是题主的设想有两点是不可能的:第一,材料不能用钢缆,因为钢的强度不够,自重也太重。不过现有的碳纳米管可以解决这一问题:碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍,重量仅为后者的七分之一,直径1毫米的碳纳米绳可以承载60吨重量。第二,不能直接在月球上砸个撅子,因为地球和月球都会自转,月球还绕着地球转。不过这个也可以有解决方案:我们可以先发射一个在月球高度,可是跟地球相对静止的空间站,电梯从地球先连接到空间站,然后再换乘,从空间站到月球。

听起来确实很美好,可是实现起来还是有很多问题,比如造价:碳纳米管每克价值500美元,地月距离三十多万公里,预算将是天文数字。而且即使钱不是问题,纳米碳管还只是毫米级产品,离工业应用还很远;安全也是一个问题,如果电梯因事故崩塌,损失可比我们做一个扶梯出事故大得多得多得多。。。

即使科幻,即使有诸多问题,可是还是有很多公司在计划实现这一疯狂的计划,比如:Google X, Space X。。。不过如果真的实现,当电梯门打开,是否会有一个美丽的的太空电梯小姐弯下腰问:"请问您去天堂的哪一层?"

以上。


包大人玩科学


我觉得你说的非常对,也非常有想象力。我们可以连一个缆车,这样去月球就比较方便了。估算一下四人仓往返电费大约1247元,平均每人300多元。算上管理费,仅仅需要五百元。比国内航班都便宜。月球有无数纯钻石。


可开采储量约为四千八百二十一亿吨。

此外还有金矿,大约一万九千二百二十二亿吨。基本都是露天矿,纯度在百分之七十到八十四之间。还有铀矿,氘氚矿的含量更高达百分之四,这个数字高的吓人了。还有一个fishing湖里边有大量的idiot等。如果你把这条线开通,我们就可以拿铁锹去开矿。其实奥黑时代就准备弄了,筹集了三百亿美元,但是川普上台就否定了,毕竟俄国和川普的关系密切,俄国也不想让美国搞。


陪孩子一起学数学


前面有人做了计算和论证,说明连接月球的钢缆难以做到、简直就是不可能任务,比Hard模式还Hard模式,要不咱们来个简单点的吧。

比如说,如果在美国砸个撅子,用钢缆和中国连起来,以后去美国旅游是不是就可以走过去了?如果在珠穆朗玛峰上砸个撅子,用钢缆连起来,以后登珠峰是不是就可以轻松爬上去了?

阿汤哥,别说是月球,就是一栋楼也不好爬啊...

有同学可能会说,连接美国的钢缆因为钢缆本身有重量,一个橛子是不够的,中间需要有东西支撑着才行,有点类似桥墩那样,才能跨越太平洋。

题主的钢缆要是听到这话一定会说:我也有重量啊,没有道理说躺着有重量,站起来就没重量了,这样减肥也太容易了……即使是延伸向天空的钢缆,那也是钢缆,照样受到地球引力的作用,也是会被自身重量拉断的。

那为啥宇航员会失重,漂浮在空间站中呢?并不是因为太空中空气稀薄(空气:我真的跟你的长胖没有关系,真空并不能使你变得更轻),而是因为宇航员是跟空间站一起飞快的围着地球转,即使题主可以叫上月球跟着同步转(月球:臣妾做不到啊),题主的钢缆因为一端固定在地面上,是没法像空间站那样一个半小时左右就绕地球转一圈的,也就没法失重啦。这样一来,不需要题主爬上去,钢缆自己就可以把自己拉断的。

退一万步说,即使题主发明了超级轻、超级结实的钢缆,又真的叫上了月球一起转,为了应对真空、低温和辐射,题主开着飞船“爬”钢缆,那这一套组合起来叫什么名字好呢,有轨飞船?连接中美或者珠峰的叫有轨飞机?

在无线网络、无线充电等无线技术越来越来普及的今天,在广阔太空中搞出有轨飞船什么的,实在是有点复古过度啊。

宇宙浩瀚无垠,个人水平有限,图片来自网络。如有疏漏,请多指教。


乔小海


地球有自转和公转,月球也有自转和公转,只在月球上砸个撅子是绝对不行的,最起码要在地球或月球上建立一个同赤道平面平行的圆周轨道,另一端砸个撅子或者也建立一个轨道,解决钢索因自转和公转而带来的纠缠作用。这只是在讨论整个计划的一部分,是否可行,不得而知!


王欧阳82459597


不可以。因为月球饶地球的公转与地球的自转不同步。

月球每27天左右,饶地球转一圈,而地球的自转只需要24小时。也就是说你的这一根钢缆会渐渐的被地球自己绕到了自己身上。如果你的橛子足够结实的话,会把月球缠绕到了地球上。这时候你就不用顺着绳子登月了,直接像爬山一样爬上去就是了。


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