从动量看地球逃出太阳系的可能性
最近流浪地球二又火起来,想起了几年前看了一之后的一点疑问,一直是存而未论,今天抽时间分析了一下。流浪地球的故事中最震撼的情节设计,无疑是在地球上安装行星发动机,使地球获得了逃出太阳引力的速度。其中使用的行星发动机不管设计多么复杂,基本原理都免不了要消耗能量将加速器中物质高速喷出,获得反作用力以推动发动机并改变地球速度。一般讨论中往往着眼于其中能量的消耗,包括作者在内,只注意了能量方面的可行性。但对于改变地球速度来说,动量的变化才是最终需要的结果。我们可以简单看看在这种设计下地球的动量可能变化多少,只需要使用中学物理就行。 6park.com改变地球某一方向的动量需要反方向高速喷出部分物质,这部分物质携带的动量就是地球能够获得的动量改变。用一个实例来分析可能更能形象地感受。全球每年采煤量现在约为80亿吨,即8×10^12 kg,地球的质量约为5.97×10^24 kg。假如能够把地球一年的采煤量全部加速到光速,即3×10^8 m/s,并从行星发动机中喷出,地球的速度改变能有多少呢?用动量守恒来计算,可以得到这个值是0.0004 m/s,即0.4 mm/s。将如此大量物质加速到光速是一个极致的夸张,没有什么办法能够做到这一点。即便这样对地球的速度改变仍然微乎其微。地球要达到逃逸太阳引力的速度,即42 km/s,需要在地球绕太阳公转的速度即30 km/s的基础上改变12 km/s,也就是0.4 mm/s的3千万倍。换句话说,按地球上目前年采煤量开采3千万年所得的煤(或者同样质量的其他物质,这是地球总质量的25000分之一),将其全部加速到光速并在地球绕太阳旋转轨道的切向反速度方向喷出,可以使地球获得逃出太阳引力的速度。即使能获得让地球产生如此巨大速度改变的能量,从动量角度看这种可能性也是几乎不存在的。评分完成:已经给 flashsand 加上 50 银元!
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