社会热点

如果在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了?

电脑版   2020-11-26 06:31  

如果在月球上砸个撅子,用钢缆和地球连起来,以后登月是不是就可以爬上去了?:这有两个问题,一个是自转、公转周期不匹配;另一个是缆线强度的问题。首先是第一

1

这有两个问题,一个是自转、公转周期不匹配;另一个是缆线强度的问题。

首先是第一个问题,地球的自转周期是24小时,而月球则大约是28天,如果简单地固定在表面上,一定会缠起来的……

当然,这个并不是特别大的问题,毕竟可以设计一些机械结构,使得其可以适应。

第二个问题才是最关键的,就是缆线强度的问题,缆线的两端各会受到地球和月球的引力,而地月之间的距离长达38万千米,缆线的质量会非常大,从而引力产生的张力也会极大。这里做一个简单的计算,我们假设缆线的线密度为λ,同时,已知地球的质量与月球的质量,这样,就可以解各处之张力T(x)。显然,x处dx*λ段缆线所受的力为:地球引力、月球引力,以及张力之微分,即有:

其中,G是万有引力常数,x是线缆之位置,R是地球半径,r是月球半径,L是地月距离。

从而可列微分方程:

此方程易解得F(x):

c1为一常数。带入边界条件,可以得,F(x)=

我们知道,一个系统能否问题,需要看其最薄弱之处,而此缆线最薄弱之处,则在于其张力最大之处。我们可以算得,此缆线在:

处张力最大,带入,即知其最大张力为:

带入实际数据,即有:

2.58736*10^6 λ

其拉力最大的位置,位于距月球四万千米之处。

λ是缆线的线密度。很明显地可以看出,这个力是非常大的。而且我们无法通过加粗缆线的方法来使得系统稳定,因为缆线越粗,就越重,线密度也就越高,这样,受力也就越大。必须要制造出抗张强度极大、密度极小的材料,才有可能制造「登月天梯」。

2

早已经有类似设想和研究——月球天梯,1895年俄罗斯科学家首次提出太空梯概念,使用一根绳子连接地球和航天器,人们乘坐太空电梯上下穿梭。太空梯基本上就是一条长长的缆绳---一端固定在地球上,另一端固定在地球同步轨道的平衡物(如大卫星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧,太空梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。

2010年8月12日在美国华盛顿召开的“国际天梯大会”,企业家迈克尔·莱恩表示准备另辟蹊径,在10年内建成从

月球

通向太空的“月球天梯”。这一计划受到了美国宇航局的高度重视,然而在2007年却陷入财政危机,主要原因是制造缆绳的成本过高。人类目前已经拥有制造天梯缆绳的材料,那就是在1991年发明的碳纳米绳,直径1毫米的碳纳米绳可以承载60吨重量,然而这种材料每克价值500美元。要制造一条10万公里长的缆绳,其实在那时候没有任何一家企业能够承受这庞大的成本。莱恩表示,目前他的工作重心转向月球梯。由于月球引力仅仅是地球的1/6,这可以大大降低对缆绳强度的要求。目前日本生产的柴隆(Zylon)复合纤维,成本相对较低,强度和耐热性完全满足制造月球梯的要求。他自信地表示,在5到7年内,将有机会实现月球梯的梦想。

不过这个计划没有任何官方机构正式支持。

另外除了缆绳材料强度问题外,在技术上还有很多根本性障碍。虽然有人考虑在地月之间有一些拉格朗日点的存在可以保持相对位置的稳定,月球也有一面始终对着地球。。但是地球自转24小时,月球围绕地球公转接近30天,月面还存在着摆动效应。如果链接点放在赤道附近,这条缆绳会缠起来。即使链接点放在地球两极,还有不小的摆动,加上旋转很不稳定。最关键是地月之间的距离不恒定,从最近36万多公里到最远40万公里,一条几十万公里远的缆绳或者梯子要考虑4万公里的弹性!这种材料就算按前面说的复合材料,也只是个设想而已。还有人考虑过分段、换乘等,这些都不可能根本解决。

长期保持一个这么大设备(不管是绳子还是梯子)在太空,一方面维护成本太高。第二是这种设备建成一套就有一套的承载限度,对于运送东西的规格有很大限制,得不偿失。第三是安全性太差,太空里的太空垃圾,小行星等都可能损坏它,而这么巨大的设备在太空就像人头上的一把刀,一旦坏了,掉在哪里都有可能,掉在哪都是巨大的灾难。

所以,在两个星球间拴根绳子这样的事,实在太不现实也没必要,技术上也不可靠,除非几十代人以后的遥远将来,人类科技达到赛博坦那样的时候,可以真正把地球和月亮连起来。不过我始终不认为拴这根绳子有什么必要。

有好想法还是多从自己能做的事开始。在《不见不散》里,葛优也有过凿开喜马拉雅山脉引进印度洋暖流改善西藏人民生活环境的伟大设想,不过那是为了泡妞。

3

前面有人做了计算和论证,说明连接月球的钢缆难以做到、简直就是不可能任务,比Hard模式还Hard模式,要不咱们来个简单点的吧。

比如说,如果在美国砸个撅子,用钢缆和中国连起来,以后去美国旅游是不是就可以走过去了?如果在珠穆朗玛峰上砸个撅子,用钢缆连起来,以后登珠峰是不是就可以轻松爬上去了?

阿汤哥,别说是月球,就是一栋楼也不好爬啊...

有同学可能会说,连接美国的钢缆因为钢缆本身有重量,一个橛子是不够的,中间需要有东西支撑着才行,有点类似桥墩那样,才能跨越太平洋。

题主的钢缆要是听到这话一定会说:我也有重量啊,没有道理说躺着有重量,站起来就没重量了,这样减肥也太容易了……即使是延伸向天空的钢缆,那也是钢缆,照样受到地球引力的作用,也是会被自身重量拉断的。

那为啥宇航员会失重,漂浮在空间站中呢?并不是因为太空中空气稀薄(空气:我真的跟你的长胖没有关系,真空并不能使你变得更轻),而是因为宇航员是跟空间站一起飞快的围着地球转,即使题主可以叫上月球跟着同步转(月球:臣妾做不到啊),题主的钢缆因为一端固定在地面上,是没法像空间站那样一个半小时左右就绕地球转一圈的,也就没法失重啦。这样一来,不需要题主爬上去,钢缆自己就可以把自己拉断的。

退一万步说,即使题主发明了超级轻、超级结实的钢缆,又真的叫上了月球一起转,为了应对真空、低温和辐射,题主开着飞船“爬”钢缆,那这一套组合起来叫什么名字好呢,有轨飞船?连接中美或者珠峰的叫有轨飞机?

在无线网络、无线充电等无线技术越来越来普及的今天,在广阔太空中搞出有轨飞船什么的,实在是有点复古过度啊。

宇宙浩瀚无垠,个人水平有限,图片来自网络。如有疏漏,请多指教。

4

答:想法是不错,想达到高级文明尝试一下也行,但是暂时好像实现不了呢!

因为:一,地球和月球上的撅子需要做的一定非常大,不能只是两个勾子能解决问题,橛子少说直经得需要2公里,内结构一定很复杂,而且固定的要深少说得1万米,否则两个星球的力量一摆动不就松动了,橛子的底部是固定不动的,但栓钢缆头的部分还必须能活动旋转,因为地球和月球两个球都会自转,橛子使用的一个旋转钢滚珠目前用最大的吊车估计都吊不动,因为钢珠的直经也不会小,而且最少要几千个钢珠,几百万吨钢材。

二,钢缆要粗还要软,就像电梯钢丝绳硬中带软,每根直经是13mm钢丝组合的,共5根,而通住月球的一根就可以,不过直经其码是5米钢丝组合的,长度就不说了,38万5千米够长就行,不过要做出这根又长又重的钢缆确实不容易,因为中间还不能有接头,钢缆外层还有厚胶皮包着,览芯还得通上电,否则这么高人是爬不上月球的,最少也要做个航空箱装点氧气和吃喝连人一起带上去吧,否则月球上一分钟都呆不了。

三,地球上的橛子靠人的本事还是能做出来的,可是月球上的橛子如何做呢?是把材料一点一点运上去,还是在地球上做好了把整体搬上去呢?估计脑洞开的再大,也解决不了。

四,就算两头的橛子都固定好了,那这么粗又长的钢缆又用什么设备把它带拉上月球呢,估计没有这么大马力的航天设备,而且钢缆也出不了大气层,因为还有地球的引力牵扯着,所以钢缆上的越高就越重,最后落得个前功尽弃。

总之,地球与月球连上了又如何,难道月球上比地球上好玩是怎么地,现在月球上又没空气,又没水,又没有适合人的引力,又没有花香与鸟叫,连住的都没有,可以说,人类所需要的暂时月球上什么都没有,这种想上月球去玩的想法,即浪费了人力又浪费了财力,有这个钱援助一下需要帮助的人多好。

5

这个想法很好!以后可能能做到。要不试一试!只有敢想才能敢做,想应该在做之前!

6

理论上,只要你能用钢缆把地球和月球拴在一起,我就能用卷扬机把月球拉到地球上。

7

这是一个脑洞很开的想法。。。不过地球上脑洞大开的人还不止你一个。。。

十九世纪末,俄罗斯科学家就康斯坦丁-特斯奥科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)首次提出太空天梯概念。一百年之后,科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)中曾描写过太空电梯的构想,人们可乘电梯去太空观光并运送货物。1999年,美国宇航局马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯:太空的先进基础设施》一文,标志着天梯将从幻想走向现实。2010年,美国太空电梯研究公司“电梯港”总裁迈克尔·莱恩日前宣称,他们梦想在10年之内造出一架“月球电梯”。 太空梯基本上就是一条长长的缆绳一端固定在地球上,另一端固定在地球同步轨道的平衡物(如大卫星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧,太空梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。

但是题主的设想有两点是不可能的:第一,材料不能用钢缆,因为钢的强度不够,自重也太重。不过现有的碳纳米管可以解决这一问题:碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍,重量仅为后者的七分之一,直径1毫米的碳纳米绳可以承载60吨重量。第二,不能直接在月球上砸个撅子,因为地球和月球都会自转,月球还绕着地球转。不过这个也可以有解决方案:我们可以先发射一个在月球高度,可是跟地球相对静止的空间站,电梯从地球先连接到空间站,然后再换乘,从空间站到月球。

听起来确实很美好,可是实现起来还是有很多问题,比如造价:碳纳米管每克价值500美元,地月距离三十多万公里,预算将是天文数字。而且即使钱不是问题,纳米碳管还只是毫米级产品,离工业应用还很远;安全也是一个问题,如果电梯因事故崩塌,损失可比我们做一个扶梯出事故大得多得多得多。。。

即使科幻,即使有诸多问题,可是还是有很多公司在计划实现这一疯狂的计划,比如:Google X, Space X。。。不过如果真的实现,当电梯门打开,是否会有一个美丽的的太空电梯小姐弯下腰问:"请问您去天堂的哪一层?"

以上。

8

这个是不可能实现的。因为根本没有合适的条件,首先说钢缆肯定是不行的,这种材料的强度不足以把地球和月球这么大质量的东西连接起来,但我们先假设材料学的进步能造出足够强的材料去连接它们,也许石墨烯材料将来有这种韧性,但是其他方面的条件也是不具备的。

要想把两个天体用足够强的绳索连接起来,这两个天体就必须是距离固定和朝向固定的,但是月球和地球却不是这样子,地球在自转,24小时就自转一圈,月球却在围着地球公转,28天左右转一圈,如果把它们连起来的话,地球的自转会使得把绳索缠绕到自己身上,从而把月球也拉过来,最终拉到地球上,使得两个天体相撞,这无疑是一个巨大灾难。

还有一个不具备的条件是,地球到月球的距离并不是固定的,最近的时候可能在36万公里左右,最远的时候则达到了42万公里之外,而绳索的长度通常都是固定的,即便有韧性,也不可能达到6万公里那样大的幅度。

再者,月球环绕地球运行,离心运动产生的向外的扩张力和地球月球相互间的引力基本上是相互抵消的,所以月球距离地球的位置并没有大的变动,一年也就向外挪动几厘米而已,但是如果有一个绳索将地球月球连接起来的话,那么两者之间就需要产生一定的拉力,那么这个拉力很可能会将月球和地球的距离拉近,而且是不断的拉近,这样势必会改变月球到地球的位置,而当月球距离地球足够近的位置的时候,引力作用则可能在地球上掀起灾难,使得海洋的潮汐像海啸一样巨大,这是谁也不想看到的。

最后说一点,就是问题中说的在月球和地球上“楔橛子”,需要多么强大的抉橛子才能将月球和地球连接起来呢?这也是一个不好解决的问题,这个橛子恐怕至少要几百公里深才行,人类现有的技术肯定做不到,而且有的地方,几百公里深的深度就是岩浆活动的地方了,弄不好会造成火山爆发,而如果月球只固定在地球的一面,则很可能改变地球的板块构造,很多不可预知的灾难将会出现。

所以,把月球和地球连接起来这样的想法是不具备实现的可能的,每一种必要的条件都不具备,并且很可能造成巨大的灾难,因此那基本是不可能实现的。

9

看到@wl老哈的回答感觉非常有道理,我也来回答一下这个问题,首先作为一个理科生我想说我地理学的不好啊...

我搜索了下资料显示曾经在十几年前,《科学美国人》杂志曾提出一个梦想,在地球和月球之间搭建一座“太空天梯”,那么我们首先就要找到制造“太空天梯”的材料,这种材料要跨越38万公里的距离而不被自身重量拉断。碳纳米管是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一,有着极高的拉伸强度和断裂伸长率。其密度只有钢铁的六分之一到四分之一,单位质量上的拉伸强度,却是钢铁的276倍,远远超过目前人类发现和制造的其他任何材料。光有碳纳米管还不够,还需要批量制备出具有宏观长度并且具有理论力学性质的碳纳米管——单根长度达到米级甚至公里级以上。

现在假设一切环境都是好的,我们也研制出了最好的材料,现在我们第一种假设: 

 

地球和月球都有重力,而中间的太空部分是真空重力可以认为没有?一根绳子,一头在月球是自然下坠的,一头在地球也是自然下坠的,中间部分自己悬浮。也就是说,两头不用什么东西固定,永远都是绳子下垂,不会掉下来。那么只要用一根强度足够的绳子,就可以直接拉过来拉过去,实现地球与月球之间的旅行了。

(这个是看到有人这样说的,我感觉好像又什么问题,我在想月球一端固定,另一端开悬浮利用地球磁场放上一块大磁铁然后一直被地球吸引,然后解决地球跟月球不同步转的问题,哪个物理学、天文学高手给反驳下)


第二种假设:如果把地球跟月球看成2个地球仪一样沿着轴线自转的球体,这样我们在北极或者南极连接起来然后二头镇2个轴承就可以了,但是每年月球远离地球3.8cm,这根绳子要可以伸缩。


月球公转

月球以椭圆轨道绕地球运转。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道,也不平行于黄道面,而且空间位置不断变化。周期27.32日。月球轨道(白道)对地球轨道(黄道)的平均倾角为5°09′。但是现在知道月球平均每年以3.8cm的速度逐渐与地球离去。

月球自转

月球在绕地球公转的同时进行自转,周期27.32166日,正好是一个恒星月,所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”,或“潮汐锁定”,几乎是太阳系卫星世界的普遍规律。一般认为是卫星对行星长期潮汐作用的结果。天平动是一个很奇妙的现象,它使得我们得以看到59%的月面。

好了,实在编不下去了。。。。睡觉去了

10

我觉得你说的非常对,也非常有想象力。我们可以连一个缆车,这样去月球就比较方便了。估算一下四人仓往返电费大约1247元,平均每人300多元。算上管理费,仅仅需要五百元。比国内航班都便宜。月球有无数纯钻石。


可开采储量约为四千八百二十一亿吨。

此外还有金矿,大约一万九千二百二十二亿吨。基本都是露天矿,纯度在百分之七十到八十四之间。还有铀矿,氘氚矿的含量更高达百分之四,这个数字高的吓人了。还有一个fishing湖里边有大量的idiot等。如果你把这条线开通,我们就可以拿铁锹去开矿。其实奥黑时代就准备弄了,筹集了三百亿美元,但是川普上台就否定了,毕竟俄国和川普的关系密切,俄国也不想让美国搞。

本文版权归原作者所有,如需商业用途或转载请与原作者联系。

分享

相关信息
 
李靓蕾会原谅王力宏吗

2021-12-30 14:01:01