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月亮虽然我们还能看到它可它正在离我们远去

2019-08-18 00:57:45  阅读:7457+ 作者:责任编辑NO。蔡彩根0465

问:让月球不要飘走会有多难?

物理学家答:这种状况简直无法避免

约45亿年前月球构成后,便不断远离地球。起先在天空中看到的月球要比现在的月球要大15倍,轨迹也比现在的近15倍。其不断远离的趋势跟着间隔的添加快速衰减。今日,每年它仍以约4厘米的速度远离地球。

图解:地球上的涨潮(月球潮汐力引起的海水胀大)是由地球自转引起的。这些额定的海水力气将月球向外推动一点点,使其加快并使轨迹上升。

由月球引力引起的潮汐推动很多的海水,而这些海水,就像全部的物质相同,会发作引力。地球的自转方向与月球的运转方向相同,由于海水不会马上流回原有的方位,涨潮的引力就会将月球向外推动一点点间隔。这些剩余的海水发作的引力近乎微乎其微,但是这种引力却将月球不断加快向外推开。这种效应极端细小,由于在地球另一侧会呈现一次简直相同的涨潮,将其拉向接近地球的轨迹上。差异在于,接近月球一侧的潮汐力更近一些,效果更强一点。

在轨迹上运动的物体一旦开端加快,其轨迹就会变得更高(风趣的是,终究它会全体减速,仅仅更高更慢)。与此一起,潮汐力牵引着月球,月球的潮汐力也牵引着地球,使地球的自转减速。

图解:使月球运转加快的效应相对地月之间的间隔而言是很细小的力气(地球海面上高了几米的水牵引着月球)。这种全体效应是如此之小,以至于咱们可以用不可思议但的确可行的操作来抵消它。

所以跟着月球逐步飘走,地球上的一天也会逐步变长。依据珊瑚化石显现,就在5亿年前,一天还只要22个小时。珊瑚并不是天然生成的记载员,但它们却有每天和每年的成长周期和相应的成长环。45亿年前,在月球抵消掉那么多地球自转的惯性之前,地球上的一天只要6个小时。信不信由你(其时还没有珊瑚来默默地记载这全部)。所以月球正在逐步飘走,成果便是咱们地球上的人得以有时刻去享受午饭和早午饭。

反光镜是由三面彼此笔直的镜子组成的美妙东西,可以将任何光线反射回光源,不管光线来自何方。假如有人用激光照耀你,穿一套覆盖着反光镜的衣服可以让他很快支付代价。丈量从美国和前苏联在1969年和1973年之间留在月球上的反光镜上反射回来的激光, 咱们可以得到毫米级的地月间隔数据,咱们发现现在月亮是以每年大约4厘米的速度稳定地远离地球。

图解:左图:月球测距项目的地球上的部分。右图:月球上的部分。开始的激光只要少数的光子可以从那个小正方形镜片组上反射回来,然后被从头探测到。所以左图并不是一个激光发射出去然后反射回来;而是有两束激光被一起发射出去。

假如有满足的时刻,月球终究会彻底逃逸。走运的是,在大约50亿年之后,太阳将胀大成红巨星,不过在这全部发作之前地球和月球就已消灭。所以,没什么好忧虑的。

但是假如咱们想持续成为仅有一颗一起具有日环食和日全食的行星(这是衡量行星破例主义的仅有客观规范),咱们需求在未来几百万年内敏捷采纳举动,避免月球离咱们更远。

图解:地球和咱们的月亮,是现在已知仅有可见环食(上)与全食(下)的组合。发作月全食时,太阳被彻底遮盖,只要盘绕四周的日冕可见。

从能量的视点讲,月亮的逃逸就像是一块石头滚落山坡。为了避免石头越滚越快,每一年都需求采纳有用办法抵消月亮获得的能量,直到永久。与简直全部其他星球规划的工程不同的是,“西西弗斯项目”(译者注:西西弗斯,古希腊神话人物,冒犯众神,遭到的赏罚为将一块巨石推上峻峭的山坡,巨石由于其分量会一次次滑落,因而他只能重复无尽的劳动,直至生命耗尽)并不是不或许的,只不过相同贵重且没有意义算了。

全部做圆周运动的物体都有角动量。假定月亮或卫星质量为m,以R为半径绕质量为M的行星运动,G为引力常量,那么其角动量为:

跟着半径R不断增大(月亮逐步远离地球),角动量L随之增大。为了阻挠月球远离地球,有必要采纳办法抵消这种正相关来坚持月球角动量不变。想要知道半径极小的改动(4厘米)会使L值改动多少,只需进行微分即可。这便是微积分的范畴-在已知一个变量值发作细小改动时(dr),求另一变量相应改动(dL)。

离子推动器能供给比月球逃逸速度更快的速度,否则它们也不会被选来推动月球,顶多仅仅装修用的喷泉算了。它们也是最高效的空间推动方法,功率可以到达80%(译者注:内燃机,如轿车引擎,在30%-40%之间)。最弱小的推动器需求100kw的能量,发作大约5牛的力(差不多1磅)。

一台推动器作业一年可认为月球供给的角动量为

为了抵消月球每年所获得的能量,咱们大约需求两千四百五十万台最为弱小的离子推动器,每台需求至少50m*50m的太阳能电池板来供给其所需的100kw能量(已考虑到能量利用率以及夜晚缺少光照)。为了使月亮坚持其轨迹,这些推动器只需求人类现在每年出产的能量的六分之一。假如咱们真的要付诸举动,处理这个问题需求全人类的尽力,这将以弱小之势成为人类前史上规划最大的协作举动。

假如你居住在月球上,你可以竖立一尊直指向地球的雕像,永久不需求调整方向,由于月球的朝向相对地球而言是不变的。假如直指地球的雕像笔直于地上,那么它坐落近面(清楚明了的命名)的正中。同理,你也可以竖立一座直指月球逃逸方向的雕像。若雕像与地上笔直,那么它坐落西面的中心,接近东海盆地。

图解:月亮的半球相。近面(左上)应该看上去很熟悉。月亮正逐步由近面转向西半球(右下)。中心深色的坑便是东海盆地,一起也将是推动器的落脚处。

假如咱们将全部的离子推动器以及其所需的电池与太阳能板安顿在东海盆地,它们大约会占有盆地75%的面积。考虑到相应的路途与后勤设备,鲜有土地可以坚持原貌。

每台推动器差不多需求一吨气体作为推动剂(氩气与氙气是常见的挑选)-喷发方向即月球逃逸的方向,以此来抵消。西西弗斯项目中上百万台推动器发作的气体就像是彗星经过内太阳系时的彗尾,也便是说,在晴朗的夜空中,你将能看到月亮的左边(关于南半球的读者来说是右侧)拖着一条又长又直的尾巴。

地球的大气可以供给满足的氩气(占大气的1%)来坚持推动器运转二十亿年,因而咱们有满足的时刻在其耗尽之前寻觅替代品。重型猎鹰运载火箭每次可认为约20台推动器带着推动剂,所以在找到更好的计划之前,咱们或许需求几千台这种火箭将两千四百五十万台推动器所需求的氩气送至月球。

相比之下,在月球上制作并保护全部的设备会困难许多。因地制宜(结构需求的钢,太阳能电池板需求的硅)愈加简略可行,这也会涉及东海盆地之外全部的当地:月球会遍及深深的沟壑,那是咱们挖掘矿藏留下的痕迹。

数亿年内月球会逐步远去,地球上不再能看到月全食,潮汐效果也会逐步削弱。经过可行但不可思议的支付,咱们可以保证月球不会飘走,咱们的子孙在几亿年内也可以欣赏到愈加丰厚的天象(假定他们的视力还能担任)。千万年后,咱们牵强称得上是人类的子孙或许会诅咒咱们留下了这等无聊的使命;十亿年后,咱们必定称不上是人类的子孙或许会愤恨地朝咱们挥动他们的触手。

不过,我觉得咱们应该试试。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. askamathematician- randolph carter&HPYULEMAR

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