【腦洞系列】如果在空間站對著月球開一槍會怎麼樣?能擊中月球嗎?

天空之城 2021/02/04 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

 

如果在空間站對著月球開一槍會怎麼樣?能擊中月球嗎?對此我們似乎可以認為,空間站處於失重環境,並且在太空中又沒有空氣的阻力,因此如果在空間站開一槍,那麼發射出的子彈應該會不受阻礙地沿著直線飛行,在這種情況下,只要瞄得夠准(比如說計算好提前量),那麼就應該能擊中月球。

然而這樣的事情卻不會發生,這是因為失重並不代表空間站沒有受到地球的引力作用,為了說明這個問題,我們不妨來看看「牛頓大炮」這個經典的思想實驗。

如上圖所示,假如我們在地球上的一座高山上架起一門大炮,然後將炮彈沿著水準的方向發射出去,在不考慮空氣阻力的前提下,根據炮彈速度的不同,就會出現以下三種情況。

1、如果炮彈速度非常快,那麼它就可以直接飛出地球。 2、如果炮彈速度不夠,那麼它就遲早會掉到地面上。 3、如果炮彈的速度達到一個合適的值,那麼它就會圍繞著地球做勻速圓周運動,這個速度就被稱為第一宇宙速度。

實際上,空間站就是屬於上述的第三種情況,對於這種現象我們可以簡單地理解為,空間站其實一直處於自由落體的狀態,只不過由於地球是圓的,空間站的水準速度又很快,因此空間站就一直掉不下來。

在做自由落體運動時,空間站內的所有物體(包括空間站本身)都在以同樣的加速度下落,因此物體之間因為重力而產生的各種效應就全部消失了,在這種情況下,物體就感受不到重力了,也就是所謂的「失重」。

由此可見,空間站中的所有物體依然受到了地球引力的束縛,而假如我們想做到「在空間站對著月球開一槍,並讓子彈擊中月球」,首要條件就是要求發射出的子彈必須是屬於前面提到的第1種情況,即:以非常快的速度直接飛出地球,具體要多快呢?答案就是第二宇宙速度(物體在無動力的情況下擺脫地球引力束縛所需要的最低速度)。

需要注意的是,因為空間站一直在以第一宇宙速度圍繞地球運行,所以如果可以的話,我們應該在月球運行到空間站運動方向的切線前方時對著月球開槍,這樣就可以將子彈發射時的初速度和空間站的速度完美地疊加起來。

已知第一宇宙速度為7.9公里/秒,第二宇宙速度為11.2/秒,也就是說,在理想的情況下,子彈的速度只要達到3.3公里/秒,就可以擺脫地球引力的束縛,進而達到擊中月球的目的。

(注:由於空間站運行在距離數百公里的近地軌道上,受地球的引力相對要小一些,因此對於空間站來講,這兩個速度也就相應地要低一些,但這個數值相差不大,所以這裡我們可以將其忽略)

那麼什麼樣的槍射出的子彈能達到這樣的速度呢?很遺憾,世界上所有已知的槍都不可能發射出如此高速的子彈,比如說大名鼎鼎的巴雷特(M82A1),其子彈發射時的初速度也只有0.9公里/秒左右,就算是在理想的情況下,其速度最多也只能達到8.8公里/秒,距離第二宇宙速度還差得很遠。

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