《流浪地球2》中的太空電梯為何高達9萬公里?這種建築就得這麼高

科普大世界 發佈 2023-02-02T08:38:05.277703+00:00

正在熱映的《流浪地球2》科幻電影中開篇便展示了觀感十分震撼的太空電梯,它高達9萬公里,是地球直徑長度的7倍多,電影中稱它是人類歷史上最高的建築物,的確是夠高了。

正在熱映的《流浪地球2》科幻電影中開篇便展示了觀感十分震撼的太空電梯,它高達9萬公里,是地球直徑長度的7倍多,電影中稱它是人類歷史上最高的建築物,的確是夠高了。

但是,這座太空電梯9萬公里的高度讓很多朋友非常不解,因為一般認為太空電梯就是往上層的空間站運送貨物的,而如今我們的天宮空間站和國際空間站的高度都只有400公里左右,遠遠低於電影中太空電梯的高度,如果建造太空電梯的目的就是往這樣的空間站運送東西的話,那麼完全沒必要建造9萬公里高呀,電影中為什麼把太空電梯的高度誇張到9萬公里高呢?

實際上這個高度並不是誇張,而是恰好,9萬公里恰是它需要的高度。因為太空電梯主要還是利用的地球同步靜止軌道,那麼太空電梯的質心必然要位於這個位置,這也很可能是電影中所說的空間站和或地月物資中轉站的高度,但這個高度高達35786公里,其實已經相當於電影中太空電梯高度的40%了。

地球同步靜止軌道位於地球的赤道上空,在地球同步軌道上運行的衛星,每天相同時刻都會經過地球上相同地點的上空,太空電梯的質心唯有處於赤道上空35786公里這個位置,才能得以長期而穩定地存在,而《流浪地球2》電影中的太空電梯就修建在非洲中部的加彭,這國家恰好橫跨赤道。

其實太空電梯的概念早在100多年前就有科學家提出了,無論是作為一種科學理念,還是在《流浪地球2》和其他的科幻作品中,太空電梯都是從太空中直接連向地面的,如果說太空電梯的質心位於地球同步靜止軌道上,那麼很顯然它的高度就不能只向下延伸35786公里,如果是長度對等的上下對稱的設計,那麼它也要向上延伸35786公里,這樣它的高度就達到了71572公里,相當於電影中太空電梯高度的80%了。

這樣一來這條太空電梯所承受的地球向外甩動的離心力(即物理學中的向心力)和本身承受的地球引力才會大致對等,但是太空電梯本身也是有很大重量的,這個重量又會使太空電梯承受的地球引力超過向外甩動的離心力,因此太空電梯遠離地球的部分必須得加長。

為了方便物質的上下運輸,太空電梯也必須是固定在地球表面才行,那麼太空電梯在整體上就需要對表面有一定的拉力才能樹立在太空中,如果讓拉力勝過重力,那麼太空電梯的離心力就必須要超過地球對它的引力,這也要求太空電梯的遠端部分要加長一些,才能使它具備這一功能。

而且太空電梯是要承受吊艙和大質量的物資運輸任務的,《流浪地球2》電影當中的吊艙相當巨大,看體積堪比一艘輪船,吊艙和物資的上提下行時,會對太空電梯形成一定的反作用力,那麼為了使電梯穩定,也需要在其遠端加長一些,不然在吊艙承載物資上下時,反作用力會讓太空電梯反向移動,不利於太空電梯的正常運作。

綜上所述,這三個方面都需要太空電梯的遠端要延長一部分,這些要求加起來需要太空電梯向上延長的部分應該也差不多有近兩萬公里了,當然其延長的長度需要精密的計算的,包括太空電梯的重量、地球引力和離心力,吊艙和運送物資對電梯的反作用力等,9萬公里的高度,應該就是電影科學顧問團計算後給出的數值,這個長度數值也是太空電梯的需要的高度,這個高度才剛剛好,這種建築真的就需要這麼高,而不是張口就來的誇張數據。

太空電梯的理念提出已有百餘年,但至今看來仍然只是個夢想,還只能出現在科幻作品中,1月31日,劉慈欣在接受某媒體採訪時稱建造太空電梯最大的障礙是材料,很難想像有某種材料能夠承受幾萬公里長度的拉力而不斷,現實中是沒有這種材料的,而且也還沒有哪種科技設想認為能製造出這種材料,或許只有《三體》中汪淼主導研製的飛刃納米材料才可以。

但其實按照《流浪地球2》電影中的設想,太空電梯所需要的繩索並不需要承受太長長度的拉力,我們看到電影中的太空電梯有不少「梯間環」,這個設想可以的話,那麼可以在太空電梯的每100或者1000公里設置一個「梯間環」,那麼繩索材料只需要承受100或1000公里的拉力就行了。

但是由於太空電梯本身的質量十分巨大,這些繩索實際承受的拉力還是十分巨大的,所有繩索的總拉力需要能承受整個太空電梯質量的一半以上才行,這個質量要求或超百萬噸,有如此強度和韌性的材料,在目前還是不可想像的,所以太空電梯的建造在目前也仍然是不可想像的。

關鍵字: