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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[what if]第68期:小世界   

2013-11-06 20:13:02|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:一起剥坚果

提问:

如果有一颗小行星非常小,但质量却非常大,那么有没有可能像小王子那样住在上面?

—— Samantha Harper

回答:

上周我们一览了在大地球上的生活,这周我们就来看看在小世界里的生活吧。

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《小王子》一书由安东尼·德·圣·埃克苏佩里写成,讲述了一个来自于遥远的小行星的旅行者的故事。整个故事简单而又伤感,意味深长且让人念念不忘。[1]这本书表面上是写给小孩看的,但你却很难确定这本书到底是写给谁看的。但不管怎样,这本书肯定找到了读者,而且它是史上销量最多的书之一。

wpid-asteroid_snake-2013-11-6-15-13.png

《小王子》一书写于1942年。在这个时间段写关于小行星的故事挺不错的,因为在1942年人们甚至不知道小行星长什么样子。即使是用那时最先进的望远镜,那些最大的小行星看起来也不过是一团光亮。事实上这就是“小行星”(asteroid)一词的来源——asteroid的意思是“像星星那样的”。

直到1971年“水手9号”探测器造访火星,并拍下了火卫一和火卫二的照片后人们才第一次一睹小行星的真容。[2]这些被火星俘获的小行星[3]也加深了人们心中“小行星就像是坑坑洼洼的土豆”的印象。

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在20世纪70年代之前,科幻小说中的小行星基本都是圆形的,就像行星一样。[4]

而《小王子》一书则更进一步,它设想了一个有重力、空气和一支玫瑰的小行星。在此不应该批评这本书一点都不科学,原因之一在于它本来就不是一本讲小行星的书,其次也印证了现在愚蠢的成年人太过于深究任何事物。

因此我不打算把故事中那些不靠谱的东西去掉,相反我打算看看还能不能加进去什么神奇的东西。如果确实有一颗超级密实的星球,并且表面的重力大到能让人在表面上走动,那么它会有一些十分惊人的性质。

如果小行星半径1.75米,那么它得有5亿吨重才能拥有像地球那样的表面重力,这差不多相当于地球上所有的人加起来那么重。

如果你站在星球表面,那么你就会感受到潮汐力。你的脚会感觉比头更“重”一些,你的感觉就像是被拉伸了一样:就像你躺在一个圆形的橡胶球上,或者你躺在旋转木马的地上,并且头靠近中心。

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星球表面的逃逸速度约为每秒5米。这个速度比百米冲刺要慢,但其实还是挺快的。简单地来说,如果你没法扣篮,那么你就不能通过竖直起跳的方式逃离这颗星球。

wpid-asteroid_basketball-2013-11-6-15-13.png

但逃逸速度诡异的地方在于无所谓你朝哪个方向前进,[5]只要你跑得比逃逸速度快,并且你不是冲着地面而去,那么你就能逃出这颗星球。这意味着你可以通过水平跑动,并在坡道的尽头起跳的方式离开这颗星球。

wpid-asteroid_ramp-2013-11-6-15-13.png

如果你的速度没有高于逃逸速度,那么你就会进入环绕它的轨道中去。你的轨道速度大约在每秒3米左右,也就是平常慢跑的速度。

wpid-asteroid_orbit-2013-11-6-15-13.png

只是这个轨道显得有些奇怪……

潮汐力会以不同的方式作用在你身上。如果你的双手下垂,那么手受到的引力就会比身体其他(高于手的)部分受到的引力大。如果你一只手往下伸,那么你身体的其他部分就会被向上抬,也就是说你身体的其他部分感受到的引力要小一些。也就是说你身体的不同部分都倾向于呆在不同的轨道上。

如果一个很大的物体——比如说月亮——处于这种潮汐力作用下,那么它一般会裂成碎片并形成一个光环。但这事不会发生在你身上,只是你的轨道会变得很随机,并且很不稳定。

哦对了,有两个人Radu D.Rugescu和Daniele Mortari在一篇很有意思的论文里研究了这些轨道。[6]他们的模拟结果显示大型细长的物体会绕着中心星球以诡异的轨道运动,即使是质心也不在传统的椭圆轨道上。在一些情况下质心甚至会以五角星轨道运动,而另一些则像无头苍蝇一样乱转,最后一头栽倒在星球上。

wpid-asteroid_chaotic-2013-11-6-15-13.png

这种分析并不是闲得蛋疼,它其实有可以有实际应用。这几十年来一直有人提议使用极长的旋转绳索来将货物搬入或搬出重力阱——就像一种漂浮的太空电梯一样。这种绳索能够将货物运到月球表面或从那里运回,也可以在地球大气层边缘搭载航天飞机。只是这种绳索轨道内在的不稳定性给这些设想带来了巨大的挑战。

但对于在这颗超级密实的星球上居住的人来说,他们可要小心一些:如果他们跑得太快,就很有可能摔倒,并吐得连家都不认识。

不过你要是竖着跳就没什么问题。

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  • 注2:这里可以看到火卫二的照片,它看起来和典型的小行星别无二致。那次任务的照片存档在NASA的太空科学数据中心里,但奇怪的是NASA却把想要看照片的人引到了某个个人的Tripod页面上。
  • 注3:讽刺的是,虽然火卫一和火卫二看上去很像小行星,但最新研究却认为它们不是。
  • 注4:也不都是如此,有一些人很清楚小行星是什么样子的,但总有那么一小撮人的想法与众不同……
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