03.04 如果在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來,以後登月是不是就可以爬上去了?

iamsyhsyh


早已經有類似設想和研究——月球天梯,1895年俄羅斯科學家首次提出太空梯概念,使用一根繩子連接地球和航天器,人們乘坐太空電梯上下穿梭。太空梯基本上就是一條長長的纜繩---一端固定在地球上,另一端固定在地球同步軌道的平衡物(如大衛星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,纜繩被繃緊,太空梯將利用太陽能或激光能沿纜繩上下運動。

2010年8月12日在美國華盛頓召開的“國際天梯大會”,企業家邁克爾·萊恩表示準備另闢蹊徑,在10年內建成從

月球

通向太空的“月球天梯”。這一計劃受到了美國宇航局的高度重視,然而在2007年卻陷入財政危機,主要原因是製造纜繩的成本過高。人類目前已經擁有製造天梯纜繩的材料,那就是在1991年發明的碳納米繩,直徑1毫米的碳納米繩可以承載60噸重量,然而這種材料每克價值500美元。要製造一條10萬公里長的纜繩,其實在那時候沒有任何一家企業能夠承受這龐大的成本。萊恩表示,目前他的工作重心轉向月球梯。由於月球引力僅僅是地球的1/6,這可以大大降低對纜繩強度的要求。目前日本生產的柴隆(Zylon)複合纖維,成本相對較低,強度和耐熱性完全滿足製造月球梯的要求。他自信地表示,在5到7年內,將有機會實現月球梯的夢想。

不過這個計劃沒有任何官方機構正式支持。

另外除了纜繩材料強度問題外,在技術上還有很多根本性障礙。雖然有人考慮在地月之間有一些拉格朗日點的存在可以保持相對位置的穩定,月球也有一面始終對著地球。。但是地球自轉24小時,月球圍繞地球公轉接近30天,月面還存在著擺動效應。如果鏈接點放在赤道附近,這條纜繩會纏起來。即使鏈接點放在地球兩極,還有不小的擺動,加上旋轉很不穩定。最關鍵是地月之間的距離不恆定,從最近36萬多公里到最遠40萬公里,一條几十萬公里遠的纜繩或者梯子要考慮4萬公里的彈性!這種材料就算按前面說的複合材料,也只是個設想而已。還有人考慮過分段、換乘等,這些都不可能根本解決。

長期保持一個這麼大設備(不管是繩子還是梯子)在太空,一方面維護成本太高。第二是這種設備建成一套就有一套的承載限度,對於運送東西的規格有很大限制,得不償失。第三是安全性太差,太空裡的太空垃圾,小行星等都可能損壞它,而這麼巨大的設備在太空就像人頭上的一把刀,一旦壞了,掉在哪裡都有可能,掉在哪都是巨大的災難。

所以,在兩個星球間拴根繩子這樣的事,實在太不現實也沒必要,技術上也不可靠,除非幾十代人以後的遙遠將來,人類科技達到賽博坦那樣的時候,可以真正把地球和月亮連起來。不過我始終不認為拴這根繩子有什麼必要。

有好想法還是多從自己能做的事開始。在《不見不散》裡,葛優也有過鑿開喜馬拉雅山脈引進印度洋暖流改善西藏人民生活環境的偉大設想,不過那是為了泡妞。


正宗星語者


這有兩個問題,一個是自轉、公轉週期不匹配;另一個是纜線強度的問題。

首先是第一個問題,地球的自轉週期是24小時,而月球則大約是28天,如果簡單地固定在表面上,一定會纏起來的……

當然,這個並不是特別大的問題,畢竟可以設計一些機械結構,使得其可以適應。

第二個問題才是最關鍵的,就是纜線強度的問題,纜線的兩端各會受到地球和月球的引力,而地月之間的距離長達38萬千米,纜線的質量會非常大,從而引力產生的張力也會極大。這裡做一個簡單的計算,我們假設纜線的線密度為λ,同時,已知地球的質量與月球的質量,這樣,就可以解各處之張力T(x)。顯然,x處dx*λ段纜線所受的力為:地球引力、月球引力,以及張力之微分,即有:

其中,G是萬有引力常數,x是線纜之位置,R是地球半徑,r是月球半徑,L是地月距離。

從而可列微分方程:

此方程易解得F(x):

c1為一常數。帶入邊界條件,可以得,F(x)=

我們知道,一個系統能否問題,需要看其最薄弱之處,而此纜線最薄弱之處,則在於其張力最大之處。我們可以算得,此纜線在:

處張力最大,帶入,即知其最大張力為:

帶入實際數據,即有:

2.58736*10^6 λ

其拉力最大的位置,位於距月球四萬千米之處。

λ是纜線的線密度。很明顯地可以看出,這個力是非常大的。而且我們無法通過加粗纜線的方法來使得系統穩定,因為纜線越粗,就越重,線密度也就越高,這樣,受力也就越大。必須要製造出抗張強度極大、密度極小的材料,才有可能製造「登月天梯」。


章彥博


不請自來。首先我要為題主大膽的想法點贊,學習物理就必須有腦洞大開,但是我們有想法也必須要面臨現實。



在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來,我們就可以從地球爬到月球上去。你以為是架個索道啊,說滑過去就滑過去?這種想法不僅不能實現而且相當危險!



無法實現的原因主要有兩個,一找不到合適的材料,反正用鋼索是不合適的。其他材料呢,最終也可能會找得到,所以第一個原因不是主要的。



無法實現的第二個原因才是最關鍵的,月亮的公轉週期和地球自轉週期不相等,一個是27天,一個是24小時。如果用一個硬杆把月球和地球連起來的話,他們做圓周運動就必須具有相同的角速度和週期,否則地球自轉的快,連接的杆子必然會被擰成麻花!



如果真有一個非常硬的杆子連著月球和地球,好了,勢必要改變地球自轉的週期和月亮的週期,讓他們同步。腦補一下,地球上一天變長了,或許達到半個月,甚至一個月,夜晚也就長了,在那麼長的夜晚裡,地球生命有多少能熬過去?在有地球上從此有一半永遠也看不到月亮了!想想都可怕啊!



我是wl老哈,跟你一起討論科普知識,歡迎大家批評指正。


中學物理教師平哥


如果在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來,以後登月是不是就可以爬上去了?

這就屬於天梯概念了吧。

自古以來,人類就夢想上天。

然苦於上天無路,只能寄託於腦洞的奔放。

自古至今,人類上天夢的途徑大致可以分為兩類:

登天和昇天。

人類登天之天梯

天嘛,就在高處,建造出高一些的梯子就可以實現登天夢想。

雖然實踐起來,人們逐漸明白一個道理,要用梯子登天簡直比登天還難。

知難而上,這種不屈精神正是人類賴以統御世界的動力源泉,當然也只有不斷的時間才知道啥叫比登天還難。

金字塔

人類最早的天梯大概非金字塔莫屬。

古埃及人認為,軀體只不過是靈魂暫時借住的一艘船-我們說的臭皮囊。人死後只要保證軀體不腐朽,然後再埋葬在足夠高到接天墓葬裡,就有可能復活。於是,金字塔就有了登天梯的含義。

當然,這種待遇只有尊貴的法老們配享。

梯形登天梯

人既然可以藉助梯子登高,那麼只要建造出足夠高的梯子也有可能實現登天夢想。

然而,天到底有多高?誰也不知道。這也不難辦,梯子不夠(高)腦洞來湊,於是乎各種梯子形態的登天梯被在腦中製造出來,無論是題圖所示的臺階梯還是上圖這類井字梯,無論軟梯還是硬體。

本問答涉及的“在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來,以後登月是不是就可以爬上去了”大概就是這種登天梯的構想。

雖然是所有登天途徑裡面相對最笨的。但,同時也是相對最科學的,最具有可行性的登天路徑之一。

我國神話傳說中,連接南天門的登山梯大概應該屬於臺階梯吧。

這種梯子相對容易使用,相對來說不怕等提案者患有恐高症,

昇天“梯”

昇天有大概可以分為飛昇和騰昇兩大路徑。

飛天“梯”之翅膀

既然鳥可以憑藉一對翅膀飛到天際,人自然也可以藉助翅膀來實現飛天夢。

人生不出翅膀怎麼辦,還是老套路,腦洞來湊。西方神話中,天使還是魔鬼都可以憑藉翅膀隨性飛天,好不愜意。

像我國封神榜找那個雷震子的肉翅就笨的多,就只能有限度飛來飛去了。

飛天“梯”之神獸

我國神話中最常見的昇天途徑之一是藉助飛天神獸,比如作為中華民族圖騰的龍。

其他,無論被什麼獸,只要想它能飛就能飛上天。比如,連老子騎得黑牛都可以。

騰昇類天梯

似乎就豐富得多了。

騰昇類天梯之騰雲

我國神話故事裡,神仙們標配之一是長生,之二就是騰雲昇天。

比如,孫大聖的筋斗雲

基督教的耶穌,昇天也是依賴於騰雲。

騰昇類天梯之仙丹

在我國,最廣為所知的飛天故事當屬嫦娥飛天。

而且目的地正是今天月球日的主題月球,因此也稱嫦娥奔月。這個腦洞最大,不需要假任何飛和升特徵的外物,僅僅依賴於長生不老藥。這個那是真好,既能飛天還能不死,你要不要也來一顆?

有沒有這種好藥呢?似乎真有,比如舊唐書所記載的李抱真所煉“服之當昇仙” 的金丹。

騰昇類天梯之二踢腳

當然不還有火箭。

這個大家很熟悉了,就不贅述了。雖然它幫助人類第二次實現登月的夢想。

如果在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來,以後登月是不是就可以爬上去了?

囉嗦了這麼多,目的只有一個,回到問題本身。

個人認為,“在月球上砸個撅子,用鋼纜和地球連起來”的登月天梯的創意,與上述各種天梯如出一轍,只存在於腦洞中。

當然,火箭除外。


掙脫枷鎖的囚徒


看到@wl老哈的回答感覺非常有道理,我也來回答一下這個問題,首先作為一個理科生我想說我地理學的不好啊...

我搜索了下資料顯示曾經在十幾年前,《科學美國人》雜誌曾提出一個夢想,在地球和月球之間搭建一座“太空天梯”,那麼我們首先就要找到製造“太空天梯”的材料,這種材料要跨越38萬公里的距離而不被自身重量拉斷。碳納米管是迄今為止發現的力學性能最好的材料之一,有著極高的拉伸強度和斷裂伸長率。其密度只有鋼鐵的六分之一到四分之一,單位質量上的拉伸強度,卻是鋼鐵的276倍,遠遠超過目前人類發現和製造的其他任何材料。光有碳納米管還不夠,還需要批量製備出具有宏觀長度並且具有理論力學性質的碳納米管——單根長度達到米級甚至公里級以上。

現在假設一切環境都是好的,我們也研製出了最好的材料,現在我們第一種假設: 

 

地球和月球都有重力,而中間的太空部分是真空重力可以認為沒有?一根繩子,一頭在月球是自然下墜的,一頭在地球也是自然下墜的,中間部分自己懸浮。也就是說,兩頭不用什麼東西固定,永遠都是繩子下垂,不會掉下來。那麼只要用一根強度足夠的繩子,就可以直接拉過來拉過去,實現地球與月球之間的旅行了。

(這個是看到有人這樣說的,我感覺好像又什麼問題,我在想月球一端固定,另一端開懸浮利用地球磁場放上一塊大磁鐵然後一直被地球吸引,然後解決地球跟月球不同步轉的問題,哪個物理學、天文學高手給反駁下)


第二種假設:如果把地球跟月球看成2個地球儀一樣沿著軸線自轉的球體,這樣我們在北極或者南極連接起來然後二頭鎮2個軸承就可以了,但是每年月球遠離地球3.8cm,這根繩子要可以伸縮。


月球公轉

月球以橢圓軌道繞地球運轉。這個軌道平面在天球上截得的大圓稱“白道”。白道平面不重合於天赤道,也不平行於黃道面,而且空間位置不斷變化。週期27.32日。月球軌道(白道)對地球軌道(黃道)的平均傾角為5°09′。但是現在知道月球平均每年以3.8cm的速度逐漸與地球離去。

月球自轉

月球在繞地球公轉的同時進行自轉,週期27.32166日,正好是一個恆星月,所以我們看不見月球背面。這種現象我們稱“同步自轉”,或“潮汐鎖定”,幾乎是太陽系衛星世界的普遍規律。一般認為是衛星對行星長期潮汐作用的結果。天平動是一個很奇妙的現象,它使得我們得以看到59%的月面。

好了,實在編不下去了。。。。睡覺去了


貪睡的皮皮豬


這是一個腦洞很開的想法。。。不過地球上腦洞大開的人還不止你一個。。。

十九世紀末,俄羅斯科學家就康斯坦丁-特斯奧科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)首次提出太空天梯概念。一百年之後,科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)中曾描寫過太空電梯的構想,人們可乘電梯去太空觀光並運送貨物。1999年,美國宇航局馬歇爾中心的先進辦公室發表了《天梯:太空的先進基礎設施》一文,標誌著天梯將從幻想走向現實。2010年,美國太空電梯研究公司“電梯港”總裁邁克爾·萊恩日前宣稱,他們夢想在10年之內造出一架“月球電梯”。

太空梯基本上就是一條長長的纜繩一端固定在地球上,另一端固定在地球同步軌道的平衡物(如大衛星)上。在引力和向心加速度的相互作用下,纜繩被繃緊,太空梯將利用太陽能或激光能沿纜繩上下運動。

但是題主的設想有兩點是不可能的:第一,材料不能用鋼纜,因為鋼的強度不夠,自重也太重。不過現有的碳納米管可以解決這一問題:碳納米管的強度比同體積鋼的強度高100倍,重量僅為後者的七分之一,直徑1毫米的碳納米繩可以承載60噸重量。第二,不能直接在月球上砸個撅子,因為地球和月球都會自轉,月球還繞著地球轉。不過這個也可以有解決方案:我們可以先發射一個在月球高度,可是跟地球相對靜止的空間站,電梯從地球先連接到空間站,然後再換乘,從空間站到月球。

聽起來確實很美好,可是實現起來還是有很多問題,比如造價:碳納米管每克價值500美元,地月距離三十多萬公里,預算將是天文數字。而且即使錢不是問題,納米碳管還只是毫米級產品,離工業應用還很遠;安全也是一個問題,如果電梯因事故崩塌,損失可比我們做一個扶梯出事故大得多得多得多。。。

即使科幻,即使有諸多問題,可是還是有很多公司在計劃實現這一瘋狂的計劃,比如:Google X, Space X。。。不過如果真的實現,當電梯門打開,是否會有一個美麗的的太空電梯小姐彎下腰問:"請問您去天堂的哪一層?"

以上。


包大人玩科學


我覺得你說的非常對,也非常有想象力。我們可以連一個纜車,這樣去月球就比較方便了。估算一下四人倉往返電費大約1247元,平均每人300多元。算上管理費,僅僅需要五百元。比國內航班都便宜。月球有無數純鑽石。


可開採儲量約為四千八百二十一億噸。

此外還有金礦,大約一萬九千二百二十二億噸。基本都是露天礦,純度在百分之七十到八十四之間。還有鈾礦,氘氚礦的含量更高達百分之四,這個數字高的嚇人了。還有一個fishing湖裡邊有大量的idiot等。如果你把這條線開通,我們就可以拿鐵鍬去開礦。其實奧黑時代就準備弄了,籌集了三百億美元,但是川普上臺就否定了,畢竟俄國和川普的關係密切,俄國也不想讓美國搞。


陪孩子一起學數學


前面有人做了計算和論證,說明連接月球的鋼纜難以做到、簡直就是不可能任務,比Hard模式還Hard模式,要不咱們來個簡單點的吧。

比如說,如果在美國砸個撅子,用鋼纜和中國連起來,以後去美國旅遊是不是就可以走過去了?如果在珠穆朗瑪峰上砸個撅子,用鋼纜連起來,以後登珠峰是不是就可以輕鬆爬上去了?

阿湯哥,別說是月球,就是一棟樓也不好爬啊...

有同學可能會說,連接美國的鋼纜因為鋼纜本身有重量,一個橛子是不夠的,中間需要有東西支撐著才行,有點類似橋墩那樣,才能跨越太平洋。

題主的鋼纜要是聽到這話一定會說:我也有重量啊,沒有道理說躺著有重量,站起來就沒重量了,這樣減肥也太容易了……即使是延伸向天空的鋼纜,那也是鋼纜,照樣受到地球引力的作用,也是會被自身重量拉斷的。

那為啥宇航員會失重,漂浮在空間站中呢?並不是因為太空中空氣稀薄(空氣:我真的跟你的長胖沒有關係,真空並不能使你變得更輕),而是因為宇航員是跟空間站一起飛快的圍著地球轉,即使題主可以叫上月球跟著同步轉(月球:臣妾做不到啊),題主的鋼纜因為一端固定在地面上,是沒法像空間站那樣一個半小時左右就繞地球轉一圈的,也就沒法失重啦。這樣一來,不需要題主爬上去,鋼纜自己就可以把自己拉斷的。

退一萬步說,即使題主發明了超級輕、超級結實的鋼纜,又真的叫上了月球一起轉,為了應對真空、低溫和輻射,題主開著飛船“爬”鋼纜,那這一套組合起來叫什麼名字好呢,有軌飛船?連接中美或者珠峰的叫有軌飛機?

在無線網絡、無線充電等無線技術越來越來普及的今天,在廣闊太空中搞出有軌飛船什麼的,實在是有點復古過度啊。

宇宙浩瀚無垠,個人水平有限,圖片來自網絡。如有疏漏,請多指教。


喬小海


地球有自轉和公轉,月球也有自轉和公轉,只在月球上砸個撅子是絕對不行的,最起碼要在地球或月球上建立一個同赤道平面平行的圓周軌道,另一端砸個撅子或者也建立一個軌道,解決鋼索因自轉和公轉而帶來的糾纏作用。這只是在討論整個計劃的一部分,是否可行,不得而知!


王歐陽82459597


不可以。因為月球饒地球的公轉與地球的自轉不同步。

月球每27天左右,饒地球轉一圈,而地球的自轉只需要24小時。也就是說你的這一根鋼纜會漸漸的被地球自己繞到了自己身上。如果你的橛子足夠結實的話,會把月球纏繞到了地球上。這時候你就不用順著繩子登月了,直接像爬山一樣爬上去就是了。


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