06.13 如果有一条从月球到地球的金属杆,一路滑到地球会经历哪些危险

首要咱们要弄清一些实际:

实际中,咱们并不能在地球和月球之间支起一根金属杆。金属杆挨近月球的一端会被月球的引力拉向月球,而其他部分会被地球的引力拉向地球,杆会被从中心拉断。

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“啪”就像这样的

另一个问题是地球自转速度(地表速度)比月球绕地球转的速度快,所以假设你把杆连在地上上,它很快就会脱离:

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“啪”

还有一个问题(其实大约有上百个问题吧):地球和月球之间的间隔并不固定,月亮时近时远。虽然间隔不同不是很大,可是足以每月把杆戳进地球5公里(嘿)。

不如咱们先疏忽这些问题!假设咱们有一个奇特的杆子从月球伸下来,它能够自由地变长变短,然后使得挨近地球这一端总是刚刚好略高于地表而不触摸。这样的话要多久才干顺着杆从月球滑到地球?

假设你站在杆衔接月球的那一端,你会马上意识到一个问题:你要滑上这根杆,而不是咱们所谓的滑(下)。

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所以你不得不爬上这个杆,而不是滑下去。

其实人们爬杆是很快的,世界级的爬杆选手(有一个爬杆世界纪录一点也不古怪)在锦标赛(有一个爬杆锦标赛一点也不古怪)中能够以一米每秒的速度爬上去。月球上引力更弱,攀爬会更简单,不过你要穿太空服,它可能拖累你。

当你爬得足够高后,地球的引力就会愈加显著并且开端拉你回地球。当你在杆上的时候,有三个力作用在你身上:指向地球的地球引力,背向的地球的月球引力和还有由滚动发生相同背向地球的离心力。一开始月球引力和离心力合起来更大,它们把你拉向月球。可是当你挨近地球的时候,地球引力开始接你回家。并且由于地球(质量)很大,当你到达L1拉格朗日点(简而言之三力平衡的地方之一)时,你其实刚脱离月球没太远。

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可是世界真实太大了,“没太远”对你来说仍是很远的。即便你以几倍于世界纪录的速度攀爬,也要花几年的时刻才干到L1拉格朗日点。

当你快挨近L1点时,你能够开始从攀爬改为滑行了:你能够用力向后推一下杆然后滑动很长一段距离,并且你能够不等这次滑行停下来就再向后推一下杆,这样就能够滑得更快,其实就像滑雪时不断地向后踢雪来加快。

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然后当你在L1点邻近时,你就不必再忧虑月球引力拖你后腿了,关于你速度的仅有约束就是你能多快地抓着杆并向后推。最好的垒球投手们能够以100迈每小时的速度移动他们的手,所以你大约不盼望比他们更快。

(提示:当你把自己甩出去的时候,当心别飘得离杆太远。最好带上安全绳一类的东西,要是你真的飞出去的话还能回来。)

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这之后再滑行几周,你就开始感觉到地球引力的作用了,比起你自己推,它能让你滑得更快。实际上这时分要当心,不久你就需要考虑滑得太快了。

当你不断挨近地球,地球引力会变大,所以你也在不断地加快。假设你不断下来,你会以大约第一宇宙速度(11公里每秒)冲进大气层,以这个速度和空气摩擦会发生足以令你烧起来的热量。 一般人们会通过给航天飞机加隔热层来处理这个问题,隔热层能够吸收热量并将其扩散掉然后确保航天飞机的安全。 既然你手边有这根金属杆,你能够在杆上加一个减速钳,这样就能够利用摩擦力来减速了。

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记住在这个过程中要不断地减速,而不是等到最后再一口气减到停下来,有必要的话甚至能够半途停下来让你的手或者减速钳冷却下来。假设你的速度已经到达了第一宇宙速度后才想起要减速,当你去抓杆的时候就会有糟糕事情发生,最好的情况是你被甩开了然后掉到地上摔死,最坏的状况是你的手和杆的外表在冲突发生的巨大热量中合成了一种新物质,然后你会被甩开,再掉到地上摔死。

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假设在进入大气层的过程中你操控得足够好,下降得足够慢,不久你就会遇到下一个问题:你的杆和地球不是以相同的速度在移动,可以说相差很远。地上和你下面的大气对于你的相对速度非常大,你就要进入强风区域了。

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月球以大约一公里每秒的速度,29天为周期绕地球转动,这也是咱们这个金属杆顶端的速度,金属杆底端会在相同的时间里绕一个更小的圆,相对于月球轨迹中心平均速度是35迈每小时:

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35迈每小时听起来可能没那么糟。可是考虑到地球也在自转,地表速度远高于35迈每小时,在赤道邻近能够到达1000迈每小时以上。

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所以虽然杆的底部相关于地球中心(近似等价于月球轨迹中心)移动的很慢,可是它相关于地表的速度实在是太快了。

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想知道杆相对于地表的速度其实就是在问月球对地上的速度。这个扎手的问题,由于月球对地上的速度以一种复杂的方式不断地改变。不过还好,变化并不大,一般在390到450米每秒之间,稍稍超越一马赫(声速),所以详细数值不是很必要。

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咱们花点时间核算一下也没什么。

月球对地面速度变化得很规则,有点像正弦函数。每月有两个极大值和极小值,分别是当月球到达地球赤道(快速)和热带某地(慢速)正上空的时分。月球的轨迹速度也取决于月亮是不是在轨迹的近地点或远地点,这些因素发生了一个类似于正弦函数的对地面速度。

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好了,准备跳下去了吗?

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好吧,其实关于月球对地面速度还有一个周期咱们需要去考虑。月球轨迹相对于太阳-地球平面歪斜了大约5度,地球自转轴歪斜了23.5度。这就意味着月球在夜空中的方位和白天太阳的方位一样会改变,每年两次从北半球热带正上方移动到南半球热带正上方。

与此同时,月球轨迹不只歪斜,并且这个歪斜的视点也在转动,大约18.9年一个周期。当月球轨迹歪斜角和地球自己的歪斜角相近时,月亮就会比太阳更挨近地球赤道5度,反之两个歪斜角远离时,月亮就会出现在更高的纬度正上空。当月亮能到达更高的纬度时,它的对地面速度的极小值就能够变得更小。下面是接下来几十年里月球对地上的速度图:

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月球对地面速度的极大值基本保持稳定,可是极小值以18.9年为周期时大时小。下一个最小值会发生在2025年五月一日,所以假设你愿意比及2025年再滑下来,你能够以相对于地面仅390米每秒的速度进入大气层。

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当你总算进入大气层后,你会在热带边缘着陆。尽量要避免热带高速气流,那是一种和地球自转同一方向的高层气流,要是你不小心真的遇到了,它会再给你增加50到100米每秒的风速。

不管你是从哪着陆,你都会遇到超声速的风,所以多穿点防护服(最好是那些让你看起来像飞机的衣服)。确认你紧紧地系在杆上,因为风会不断地冲击和颠簸你。人们经常说:“假设下落并没有杀死你,那么最后突然停下会的。”不巧的是,现在这两种都可能会杀死你。

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到某个时候,你要不得不松开金属杆。很明显的原因是,你大概不想以声速那么快的速度直接跳到地面上。所以你应该比及和飞机航线高度差不多的地方然后松手,那里空气还很淡薄,就不会发生把你吹得太严重。在风把你吹的乱飞和不断地下落的过程中,你能够打开你的降落伞。

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最终你能够安全地飘到地上,完全凭自己的力量成功从月球回到了地球。

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(当你着陆后记得把金属杆收起来,这东西绝对是个安全隐患。)

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