對月亮這顆圍繞地球運動的天體, 地球人的感情是復(fù)雜的。想當年嫦娥奔月,活脫脫將射日的后羿變成單身狗。以至于每當讀到李白的“欲斫月中桂,持為寒者薪”時,總覺得這一舉動格外意味深長。腦海中不由得浮現(xiàn)出這樣一個場面:大詩人白衣飄飄砍著桂樹,口中大喊“還我地球漂亮妹子!還我地球漂亮妹子!”
科學(xué)發(fā)展至今,人類所能做的似乎已經(jīng)超越了浪漫派大詩人的狂想。對月亮新的一輪“報復(fù)行動”正在展開。
劉洋,物理學(xué)博士、科幻作家。2012年開始寫作科幻小說,至今已在各類雜志和網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)表小說三十余萬字。代表作有《單孔衍射》《勾股2.013》等,已出版短篇科幻小說集《完美末日》。
堯時十日并出,草木焦枯,堯命羿射十日,中其九日,日中九烏皆死,墮其羽翼,故留其一日也。
這是記載于《楚辭章句·天問》中的文字,說的是大家耳熟能詳?shù)暮篝嗌淙罩?。今天我們知道,太陽本來就只有一個,它是我們這個星系唯一的恒星。具有多個恒星的星系當然是有的,比如雙星系統(tǒng)(或者“三體星系”)。但是,一個星系有十個恒星則是不可想象的,即便有,這樣的星系里也很難形成讓行星穩(wěn)定運行的軌道。至于射日,就更不可能了——太陽是一個氣態(tài)星球,就算你射中它,又能怎樣?所以,這個神話傳說肯定是來自上古人類的虛構(gòu),從科學(xué)的角度來看,完全不具有存在的可能。
但是,如果我們把射日換成射月,那又如何呢?雖然聽上去仍然有如天方夜譚,但至少比射日靠譜多了——首先,月亮是一個固態(tài)星球;其次,它環(huán)繞地球運動。從理論上來看,假如我們向月球射出一支動能足夠大的箭,降低它的環(huán)繞速度,是可以把月球射下來的。
好了,下面我們來仔細研究一下射月的具體步驟。
假如在月球環(huán)繞方向的正前方,迎面射它一箭,根據(jù)動量守恒定律,月亮的速度肯定會降低。當月亮的速度顯著下降時,它圍繞地球的軌道就會發(fā)生變化,從一個近似圓形的軌道,逐漸變成一個橢圓軌道。速度降低得越多,這個橢圓軌道的偏心率就越大,月亮在近地點距離地球的距離就越小。一種極端的情況是,如果月亮的環(huán)繞速度被箭射中后降為零,那月亮就會在萬有引力的作用下徑直朝著地球落下來。當然,我們不需要月亮的速度減小到零,我們只需要它變軌之后,離地球的最近距離小于一萬公里即可——這是地月之間的洛希極限①。只要月球與地球的距離小于這個值,月球就會在地球的引力潮汐下解體,這就算完成我們射月的任務(wù)了吧!整個過程如下圖所示:
月球繞地的速度約為1千米/秒,如果要造成剛才所說的情況,月球速度需要減小到226米/秒(計算過程從略,有興趣的讀者可以自行驗算一下)。月球的質(zhì)量約為7350億億噸,要讓如此的一個龐然大物減速近四分之三,我們需要的“箭”必然也是巨大的。大致來說,這個箭的質(zhì)量至少要達到和月球相當?shù)某潭?。需要注意的是,箭一旦射出,就只能在地球和月球的萬有引力作用下運動,沒有主動變軌的能力。在這種情況下,想要這個箭與月球正面碰撞,其發(fā)射方案只有一個,如下圖所示:
這種方案需要的發(fā)射速度為11020米/秒,略小于地球的第二宇宙速度。它與月球相撞的瞬間,正好位于其橢圓軌道的遠地點附近,那個時候它的速度非常小,大概只有170米/秒。所以,為了讓月球速度降到需要的程度,這支箭本身的質(zhì)量需要達到月球的兩倍之多(約14365億億噸)!
下面,我們來說一說“弓”的問題。我們準備采用高彈性聚乙烯纖維作為弓的材料,這種材料比重小、剛性好、強度高,是一種先進的航空航天材料。為了把14365億億噸重的箭加速到11020米/秒,我們需要巨大的弓。先做一個估算:假設(shè)弓的直徑為10公里,長度為1000公里,或者說,弦的一側(cè)固定在北京,另一側(cè)固定在南京。射箭的時候,弦的中部拉開的距離為300公里(注意:我們姑且不考慮如何制作的問題)。在這種情況下,弓箭中蓄積的彈性勢能大約為1022焦耳,能把約1650億噸的物體加速到11020米/秒??墒沁@與我們需要的性能仍然相差甚遠。
最終的方案是這樣的:把弓加長到3000公里,也就是說一端在北京,另一端在??冢瑫r把弓的直徑增加到100公里,拉弦距離為1000公里?,F(xiàn)在,這把弓的性能雖然大幅提升,可仍是不敷使用。我們接下來將采取串聯(lián)的方法,最終把箭射出去。我們制作出1000000柄這樣的弓,沿途整齊排放,然后將箭搭在所有弓的弦上,同時拉開所有的弓弦,然后再同時放手。我們的箭需要設(shè)計得相當長,而且上面帶有1000000個倒鉤,以便和每一支弦相搭扣。這樣,如果一切順利的話,所有弓中蓄積的能量,便都可以轉(zhuǎn)化為箭的動能了。
想想吧,這是一幅多么壯觀的場面:在綿延5000公里的地面上,每隔5米便放置著一把巨大的弓。這些弓表面光滑,烏黑透亮,像一堵堵聳入云天的高墻,巍峨地站立在大地上。與密集排放的龐大弓柄相比,它們之間狹小的空隙則顯得微不足道。無數(shù)忙碌的工作人員和工程機械便在這些狹小的間隙中往來穿梭。如果在飛機上向下望去,你將看到一片無邊無際的黑色平原。這個平原的兩側(cè)微微翹起,這是為了抵消地球表面的弧度,讓所有的弓都放置于同一平面。在黑色的平原正中,是一支泛著金屬光澤的巨箭。箭長100000公里,半徑1000公里,重約15000億億噸。這箭是如此之長,除了中間部分位于地面,其兩端已經(jīng)完全沖出了大氣層,進入了近地宇宙空間之中。在巨箭的陰影下,大片的土地常年不見天日——這還不算什么,更嚴重的是連重力也被改變了。在箭體與地球的狹小夾角中,我們一路向著深處進發(fā),頭頂?shù)募黼x我們越來越近,而我們所受到的重力也越來越小。在一個臨界點上,地球?qū)ξ覀兊囊εc巨箭的引力相等,我們只能飄蕩在空中,像宇航員一樣經(jīng)過這個區(qū)域。之后,重力反向,我們開始能夠站立在巨箭上前行,而頭頂上的天空則變成了地球的龐大投影。
為了利用地球的自轉(zhuǎn)速度,這支箭將沿著地球自轉(zhuǎn)方向射出,就像凡爾納的小說《從地球到月球》中的炮彈那樣。這樣做帶來的后果是,箭一旦射出,地球的自轉(zhuǎn)將受到嚴重影響。大致估計一下你就會發(fā)現(xiàn),箭射出后,地球因為受其反作用力影響,自轉(zhuǎn)方向?qū)聪?!也就是說,太陽真的開始從西邊升起了。同時,自轉(zhuǎn)速度變?yōu)楝F(xiàn)在的9/16,換句話說,一天大概變成了43個小時。
多么可怕的景象!你說,到時候我們可怎么倒時差?放心,這種擔(dān)憂是完全不必要的。因為在箭射出的一剎那,巨大的反向加速度會將地球那一層薄薄的地殼完全摧毀,所有的城市和人類文明的痕跡都將瞬間化為云煙——所以,倒也沒什么可擔(dān)心的。
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① 當天體與其環(huán)繞天體的距離接近到某個程度時,天體對其環(huán)繞天體的潮汐引力會使其碎裂分散。這個使衛(wèi)星解體的極限距離值是由法國天文學(xué)家洛希首先求得,因此稱為“洛希極限”。