@ 2016.02.20 , 16:54

WHAT IF: 擦肩而过,只为把木星停下

我知道新视野号探测器利用木星的引力加速飞向冥王星,照理说这回让木星的轨道速度变慢那么一丢丢,我就是想知道,需要多少次这样的借力飞行,会让木星完全停止转动?
——Dillon

反正这钱我们地球人出不起。

太空探测器经常会故意靠近较大的天体来获得加速度,这样可以节省所需携带的燃料(这听上去可能有点奇怪,但引力有点像弹弓和弹簧,如果你轨道设计的好,你就能向它们扑去,绕上几圈,然后被甩出回到原来的轨道。想象你是一只网球撞在一辆行驶的车玻璃上,这会给你的反弹再加一把力)。因为动量守恒的关系,飞行器的变轨机动也能让木星慢那么一丢丢丢,但这种小误差应该没人在乎吧?

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多年来,我一直误以为表格上所列事情的重要性,是按倒序排列的。

木星也不会在意被飞行器揩油这种小事,因为两者的体量差距太大。当「新视野号」莅临木星,它能获得4000m/s的加速度,而木星慢了大概 10^-21m/s(这种计算并不简单,因为牵涉到速度和方向,想验证的同学请读这篇paper)。

10^-21 米/秒听上去好像不算很多,但这的确对木星的轨道产生了影响,让它更靠近太阳,并且公转时间变长。不过这种影响的结果就是,当太阳变成超新星的时候,木星上的日历大概慢了十几个纳秒罢了。

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50亿年后,我们将遇到IPV6地址耗尽的问题。

「十几纳秒的同步误差」肯定不够玩的,所以我们得多丢几个飞行器才行,所以我们最多能丢几次呢?

「新视野」探测器整个项目,从2001年到2016年,一共花掉了美国纳税人7个亿美金。同期美国政府花在其他事情上的开支一共是47万亿美金。如果我们把这些开支都挪到超木星丢探测器这件事上(反正其它事情也不重要嘛),我们一共可以丢出68000只。

但麻烦也随之而来。首先,「新视野」带了一箱钚作为燃料。大概有10公斤的样子。这些钚是从一个铀反应堆里制得。要提供68000份燃料,需要耗尽地球上所有的铀库存。其次, NASA 丢出这样携带钚的飞行器,总会有手滑洒了核燃料,弄污了大气层的可能,概率大概是1/300。68000次任务,起码要有200次事故,这可真不是小事。

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但为了摁住木星,这点代价还是值得的嘛!可惜68000次发射也无济于事。我们只损了木星一丢丢丢加速度,大概只慢了2毫秒。

当然,我们还可以尽量降低丢东西的成本,但迟早,我们会用光所有原材料和燃料。但我还可以降低发射的成本,干脆造个二踢腿,绑上块铅,这东西能飞就行,丢出去也不用管,反正它们不用承担任何科研任务嘛!

不管你信不信,很快,我们连铅都丢完了。于是我们改丢石头,垃圾——最后石头垃圾也丢完了,我们绝望地将一麻袋一麻袋的渣土打上 NASA 的 LOGO 送去发射。

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尼克松总统不得不让威廉姆·萨佛尔准备一份稿子,以备装渣土的袋子一旦破了,他就得发表电视讲话。

地壳真的不够这么耗的。就算我们把10多公里厚的整个地壳撬下来丢向木星——我真不希望你们这么做——这也只能让木星减慢了1英里/小时而已。

所以你看,这就是个不靠谱的事儿。地球的质量要比木星小太多(317.83倍),所以就算把整个地球丢出去,木星最多也就慢下十几英里/小时。就和前文说的网球砸货车那个例子,如果你想要用网球砸停货车,那么你网球的动能得远大于货车,反正不是个头大,就得速度快。

好了,我要说的中心思想就是,利用引力加速,就像把网球砸到飞驶的货车上,但要把货车停下来……

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费德勒发球……

……你得有颗足够大的网球。

本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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