地球一圈多少公里
大鹏一日同风起,扶摇直上9万里。古人永远也想不到,他们幻想出来的大鹏,能飞到的最高高度,仅仅只有太空电梯的一半。
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电影《流浪地球2》,开篇就展示了未来人类建造的太空电梯,高度达到恐怖的9万公里。绕地球一圈才4万多公里,太空电梯到达“顶楼”的距离,都够绕地球两圈多了。目前卫星所在的最高高度,也就是地球同步轨道,也还有才3.6万公里,太空电梯有必要造这么高吗?又为何造这么高还能保持和地球同步呢?
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什么是地球同步?什么又是地球同步轨道?
所谓地球同步,就是太空中的卫星等,始终处于地球的某个点上方,与地面的相对位置不会发生改变,这就意味着同步卫星绕地球一圈的时间,和地球自转的时间相同。
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如果你表示很难理解,那可以想象一下链球比赛。运动员双手握住链球上的铁链把手,然后急速旋转带动链球转动。如果把运动员比作地球的话,那终端的链球就是地球同步卫星了,在运动员旋转过程中,它始终处于固定的相对位置,不管运动员转得快或慢,都不会影响链球的位置。
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链球与运动员之间靠铁链连接,而地球同步卫星和地球保持同步,主要靠引力。在这个点上,地球引力和卫星的离心力达到平衡,所以卫星可以不通过任何动力,就能始终保持运转。当然也不敢给它施加动力,否则它们就会逃逸地球去往宇宙深空,此处多之一分即逃离,少之一分则坠落,一切都妙到毫巅。
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而所谓的地球同步轨道,位于地球赤道上方约3.6万公里处,人类依靠火箭将卫星送到同步轨道后,卫星就可以依靠惯性持续运行。3.6万公里的同步轨道高度,这只是根据地球自身的特性计算出来的,不同的星球引力和自转速度不同,同步轨道的高度也不同。
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对于一颗自转速度快的星球,同步轨道就要低一些,因为自转速度快,给卫星施加的离心力就更强大,所以必须低一点受到更多引力制衡,才不会发生逃逸;而自转速度慢的星球,同步轨道可能要高一些,因为卫星离心力小,抵不住太大的引力。
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太空电梯为何要建在9万公里高度?
电影《流浪地球2》中,观众受到的第一个视觉冲击就是太空电梯,恢宏的建筑让人叹为观止,而9万公里的高度更让人感觉不可思议。太空电梯为何要建的这么高呢?
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从影片中可以发现,太空电梯底部位于加蓬国境内,顶部则位于9万公里高的宇宙深空中。而加蓬正好位于赤道上,可以说太空电梯就是一个超大号的“地球同步轨道卫星”。当然,也只能和地球保持同步,毕竟要考虑线缆的连接。
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上文也讲过地球同步轨道高3.6万公里,现在太空电梯建在9万公里的高度,还怎么保持同步呢?主要是因为,太空电梯不同于卫星。
虽然两者和地球保持同步的原理是一样的,就是受到的引力和产生的离心力达到平衡点,然后相对静止于地球上方某个位置。但电梯和卫星与地球的连接方式可是大相径庭。卫星在太空中,纯粹是靠引力与地球相连,而太空电梯除了引力之外,还有线缆。
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线缆长9万公里,你可以想想这重量到底有多么可怕,就算未来人类科技发展,材料重量下降,但挡不住这线缆太长,量变引起质变的道理想必大家都应该明白。
当然,线缆上产生的,也不全都是把天体拉向地球的重力。3.6万千米以下,因为没超过同步轨道,这部分线缆会产生重力,而3.6万公里以上部分,则会产生离心力。为了能抵消向下的重力,太空电梯只能往深空发展,增大自身的离心力,这就相当于是在寻找新的平衡点。
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实际上,电影中太空电梯建到9万公里的高度,并不是作者或导演为了电影效果,一拍脑门随便想出来的,而是完全经得起推敲的。
如果我们假设太空电梯顶部的重量为1000吨,而拉扯力为500千牛,算下来轨道高度需要9.2万公里左右,这可能就是电影中设定9万公里的原因。所以说,9万公里的太空电梯,不是太高了,而是刚刚好。
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人类真能建太空电梯吗?
说起来,太空电梯也不是小说作者或导演凭空想出来的,而是在100多年前,就有人提出了这个设想,这可比火箭卫星要早得多,而且也大胆得多。
理论上来说,建造太空电梯当然没问题,但实际上却困难重重。据《流浪地球》小说作者刘慈欣介绍,实现这个设想最难之处在于材料,其次是大推力的火箭和资源问题。
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首先就材料而言,人类目前还无法制造出长度几万公里的线缆,而且还要保证能承受巨大的拉力。毕竟从地面到太空这段距离,线缆可是直上直下承受巨大拉力的。另外,既然外太空有了驻留点,就必须有电梯在上边运行,这更让线缆压力山大。
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其次,要把巨大的电梯送到太空,也不是一件容易事。电影中电梯加速度达到9G,说明电梯推力非常大,而以目前人类的火箭燃料,暂时还达不到这么强大的推力。虽然我国目前正在研究长征九号重型运载火箭,但想要推动太空电梯依然差太远。
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第三,就是资源问题。太空电梯和不同于现在小小的卫星,哪怕是空间站和它相比都显得过于秀珍。想要把建造如此庞然大物,暂时没有哪个国家能单独承担。而以现在各国的关系现状,除非像电影中遇到人类毁灭的大事件,否则不太可能联合起来共同建造。
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不过,建太空电梯也不是一朝一夕的事。中国的未来必定是星辰大海,当我们的太空事业从无到有建立起来,当中国航天员常驻太空之际,当中国各类探测器在宇宙中越走越远时,相信未来也没有什么难题,能阻挡中国探索宇宙的步伐。
作者:芒果很忙
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唐燕肩2222绕地球一圈多少公里? -
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