科學(xué)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：火星探測(cè)車拍攝到火星奇跡, 藍(lán)色的日落, 科學(xué)家作出解釋
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，尼爾·阿姆斯特朗所說(shuō)的登上月球表面的“一小步”，是毫無(wú)疑問(wèn)的人類“偉大跨越”；而美國(guó)航空航天局（NASA）宇航員、化學(xué)工程師，同時(shí)也是一位博學(xué)家的唐納德·佩蒂特（Donald Pettit）則不這么看，他認(rèn)為人類的偉大跨越其實(shí)就發(fā)生在距離地球更近的地方。
“人類的偉大跨越并不是在月球上的第一步，而在于到達(dá)地球軌道，”佩蒂特在2012年這樣寫(xiě)道。邁向太空的這第一步，即到達(dá)距離地球約400千米的地球軌道，所需的總能量是到達(dá)火星所需能量的一半。而從地球軌道到月球之間的任何目的地，所需的能量與到達(dá)地球軌道比起來(lái)，都只是一小部分。之所以如此，正是由于地球重力的巨大量級(jí)。可以說(shuō)，總成本上如果少花一美元，地球就將把火箭或飛船重新“收回”地面，過(guò)程顯然不會(huì)太溫柔。
地球的重力影響之大，使得目前火箭重量的80%到90%都由推進(jìn)燃料組成，唯有如此才能將火箭送上太空。佩蒂特稱，這意味著坐在火箭頂端其實(shí)比坐在一桶汽油上面更加危險(xiǎn)。與此同時(shí)，火箭上留給食物、計(jì)算機(jī)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和宇航員的空間也變得很有限。
盡管有這些不盡如意的地方，但我們其實(shí)應(yīng)該感到慶幸。“如果我們的地球半徑變大，可能就會(huì)有一個(gè)臨界點(diǎn)，使我們無(wú)法建造出能逃脫地球束縛的火箭，”佩蒂特說(shuō)道。利用齊奧爾科夫斯基火箭方程，他計(jì)算出了這個(gè)臨界點(diǎn)。
讓我們假設(shè)建造一枚推進(jìn)燃料占總重量達(dá)到96%的火箭，并選擇已知能效最高，也經(jīng)常使用的氫-氧化學(xué)燃料。將相關(guān)數(shù)值填入火箭方程中，我們可以把逃逸速度的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)變成行星半徑，從而得出臨界點(diǎn)時(shí)的半徑大約為9680千米。地球半徑是6670千米，也就是說(shuō)，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，如果地球直徑增大50%（同時(shí)保持相同的密度），我們就無(wú)法進(jìn)行太空冒險(xiǎn)，至少是無(wú)法用火箭來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸了。
佩蒂特的思想實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。首先，盡管火箭作為人類向外太空的運(yùn)輸工具發(fā)展得很成功，但悲哀的是，它們的效率其實(shí)低得驚人。如果可能，我們必須找到突破地球重力束縛的新技術(shù)。一些科幻小說(shuō)已經(jīng)提出了許多方法，但幾乎都沒(méi)有被實(shí)際測(cè)試過(guò)，甚至都沒(méi)有具體的闡述。
其次，在月球上建立一個(gè)發(fā)射基地似乎要更可行得多。月球的逃逸速度只有地球的21.3%。地球上的火箭發(fā)射會(huì)發(fā)出可怕的轟鳴聲，但在月球上，同樣的發(fā)射或許會(huì)顯得沉悶得多。雖然在月球上建立發(fā)射基地看起來(lái)還很遙遠(yuǎn)，但隨著3D打印技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，這一設(shè)想將變得越來(lái)越清晰。畢竟，要實(shí)現(xiàn)這一切，我們還需要從月球本身或附近的彗星、小行星等天體上獲取大部分的原材料。又或者，我們可以只把月球當(dāng)作一個(gè)“加氣站”，將月球上存儲(chǔ)的水冰轉(zhuǎn)化成氫-氧燃料。
用佩蒂特的話來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的地球依然像暴君一樣束縛著人類。盡管人類突破地球重力的時(shí)間還非常短暫，但未來(lái)我們獲得真正自由的可能還是存在的。
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