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[what if]第146期:减速木星Comments>>

发表于 2016-04-14 18:16 | Tags 标签:, ,

提问:

我知道新视野号探测器借用了木星的引力加速作用使其能更快地飞抵冥王星,我也知道木星的速度会因此减慢一点点,那么问题来了:需要多少次这样的飞越才能使木星完全停下来呢?

——Dillon

回答:

远远超过我们能够承受的范围。

太空飞船有时会近距离飞越质量大,运动速度又快的行星,这样就能在不消耗燃料的情况下提升自身的速度。[1]根据角动量守恒定理,这样的飞越同时会略微减慢行星的速度,但似乎从来没有人为此担心过。

dontcare

(很长一段时间以来,我都误解了这张列表,以为要倒过来看这张表)

行星不会因为一次飞越就减慢很多的速度,因为行星的质量比太空飞船的质量大太多了。新视野号飞越木星后速度增加了约4千米/秒,与此同时木星的速度则降低了10^(-21)米/秒。[2]

10^(-21)米/秒看上去就像是挠痒痒,但它实实在在地改变木星的运行轨道,缩短它公转一周所需的时间,并使它更靠近太阳一些。多亏了这次飞越,当太阳变成超新星时,木星会比原本提前几纳秒感受到太阳的威力!

y2k

(50亿年后,我们将面临IPv4地址用尽的窘境)

只会产生几纳秒的影响?太不给力了!我们需要执行更多次的飞越!那么我们承担得起多少次呢?

新视野号任务在整个预估的生命周期中会耗费美国政府约7亿美元的资金,而与此同时,美国政府在其他事务上花费了大约47.879840万亿美元。如果我们裁掉其他一切事物的资金,[3]把它们转移到新视野号任务上来,那么我们能够发射6.8万个同样的探测器。

不过这会带来一些问题。首先,新视野号上的电池里含有许多钚元素。这堆钚(约10千克)是由核反应堆中的铀加工而成。发射6.8万个新视野号探测器所需的钚会消耗掉全世界大半的铀储备。

但还有更糟的事情呢。[4]NASA估计发射一艘携带着钚的飞船发生事故的概率约为1/300,而一旦发生事故所携带的放射性钚元素就会泄露到大气层中去。如果真要发射6.8万次,那么就可能会发生200多次核事故,这可不是什么好事。

accidents

(噢!我是说这还说得过去,大概控制在一百多次就行了)

但要是这么做真能把木星停下来那也值了!可遗憾的是,6.8万个新视野号探测器远远不够。虽然它们能够偷走木星微不足道的一点速度,但在整个太阳系毁灭之前,其对木星产生的影响加在一起也只有2微秒。

如果我们能够降低太空飞船的造价,或许我们可以发射更多的探测器,但迟早我们会用尽建造材料。首先燃料肯定会被全部用完,那么我们假定我们建造出了某种太空电梯,能够使得太空发射变得更加便宜。但之后全世界的铀(用于制造钚)也会迅速耗尽,于是我们就需要用一大块铅块来代替铀,反正探测器本身并不需要做功。

到最后连铅储备也耗尽了。于是丧心病狂的地球人开始用石头或者垃圾什么的代替铅块,可用不了多久这些东西也用完了。到了某个时间点,为了能够减慢一点点木星的前进速度,绝望的地球人会落到手捧着石头和尘土,把它们扔进一个印有大大的NASA字样的麻袋的可悲地步。

burlap

(为了应对麻袋装太满被撑开的情况,尼克松让William Safire准备了那篇著名的演讲稿

【译注】真相是这篇演讲稿是给阿波罗11号如果失败的情况准备的)

到后来连石头也没有了。不管你信不信,反正我是信了。

地球的地壳里一共就这么点东西。[5]即使我们把地表的几千米深的地壳都挖出来扔向木星,虽然我并不建议这么做,也只能降低土星不到1英里/时的速度。

我们早就该想到这个方法行不通,因为地球的质量比木星小太多了。[6]即使我们把整个地球扔过去,也只能降低木星几百分之一的速度,大约是若干英里/时这么多。这就有点像之前那个关于网球的讨论:如果你想靠乒乓球来停下一辆卡车,那么网球的动量必须要大于卡车的动量,这意味着网球要么很重,要么很快,或者两者兼备。

所以这才是这个问题的核心所在:想靠引力加速作用来把某颗行星的速度降为零,就像朝一辆急速驶来的卡车扔网球,并寄希望于卡车能够停下来一样……

truck

(费德勒回旋(艺术作品))

……除非你有一个巨大无比的网球。

注释

[1] 你可能很难理解为什么能够通过飞近飞离一颗行星这个过程来获得更快的速度,因为从直觉上来想,任何你在飞近行星时获得的速度都会在飞离时失去。但引力并不是这样的,引力加速的原理和绳子和弹簧其实差不多,只不过尺寸要大很多而已。当你飞近一颗行星,绕着它转几圈,然后原方向返回时,你会获得额外的速度,就像你被行星弹走了一样。如果行星本身有速度的话,你能够获得更多的速度——这有点像你朝一辆向你驶来的卡车挡风玻璃扔一个网球一样。具体的原理请参见What If第38期,或者至少看一眼那里面的图示。

[2] 计算过程有点复杂,因为速度和方向都在发生变化。如果你想深入了解的话,这篇论文是一个很棒的入门材料。

[3] 减速木星才是大事,其他的都靠边站去。

[4] 和钚染上关系的好像都不是什么好事。

[5] 术语就是这样的。(可能是吐槽公众认为地壳很厚的想法)

[6] 地球的质量几乎正好等于0.001个木星的π倍。

关于

原作:http://xkcd.com/

编译:猪的米

xkcd及衍生系列What if系列:http://songshuhui.net/archives/author/xkcd

在漫画原作上以鼠标悬停在图片上之后,会显示一段隐藏的文字。不想让大家错过这么独特的彩蛋,我们将文字放在了漫画下方,这样处理确实不那么酷……

关于翻译,无论是xkcd主站漫画还是衍生系列What if,译者常常要面临“这个梗讲的到底是什么?”、“这个梗怎么用汉语讲才传神”甚至是“这到底是不是一个梗”的挑战。如果你发现这里发布的编译作品有错误,亦或是你有更好的翻译版本,非常欢迎留言告知,或投递至邮箱:contact@songshuhui.net

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8 Responses to “[what if]第146期:减速木星”

  1. xyy说道:

    注释[6] Earth weighs almost exactly pi milliJupiters.
    milliJupiters 应该是"毫"Jupiter 的意思。1地球 ~ 0.00315 木星重。

    注释[5], 个人理解是这个意思:
    这是术语。
    (类似于吐槽各种读物对地壳/岩石圈很薄的描述)

    • xyy说道:

      还有 注释[3]意思应该是
      恐怕都是些大不了的事。
      (指现在让木星减速才是重要的,以及吐槽资金可能没花在重要的地方)

      • 猪的米说道:

        多谢指出 已修改~关于注释5,我觉得公众对地壳的理解应该是地壳很厚,应该能挖出不少东西,所以作者才会吐槽说地壳其实很薄,挖不出多少东西。

  2. Leo说道:

    第二张图下面的文字真的不是IPv6吗,虽然原文确实是IPv4……
    顺便注释[6]的pi在这个字体下就像n一样

    • 猪的米说道:

      我也觉得应该是IPv6……pi那个字体我也不知道该肿么办。。

      • Illusiwind说道:

        隐藏文字通常都是梗,这个应该也不例外。因为ipv4地址即将枯竭已经被宣传过好多年了,所以他的意思就是这个情况会一直持续到50亿年后……
        另外“即使我们把地表的几千米深的地壳都挖出来扔向土星,虽然我并不建议这么做,也只能降低土星不到1英里/时的速度。”赶紧改过来吧……

        • 猪的米说道:

          额 不好意思。。土星和木星总是会记混。。。。

  3. 匿名说道:

    通过木星加速,达到太阳系逃逸速度。让我想起了《流浪地球》。