【What-If 如果說】木星急剎車

據我所知,在前往冥王星的路途上,新視野號利用了木星的引力給自己加速。我也了解到木星會因此稍微減慢運行速度。那麼,多少個飛船經過會使得木星完全停下來呢?

狄倫

多到我們破產。

太空梭在航行時,有時會近距離經過一些笨重,但運行速度極快的行星,使自己不消耗燃料來進行加速[1]。根據動量守恆原理,飛行的反作用力同時稍微減慢了星球的速度。不過通常沒人在意就是了。

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一顆行星不會因為一架太空梭低空飛過就大幅減速,因為它們本身的重量比太空梭大多了。 新視野號飛過木星時獲得了4000m/s 的速度,而木星則失去了大約

10-21 m/s [2]。

每秒10-21 公尺聽起來不算很多,但是它也會稍微改變木星的公轉軌道,並且縮短木星年,使得木星更加靠近太陽。多虧了這次低空飛行,當太陽轉變成超新星時,木星的年曆將會發生幾十奈秒的誤差!

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幾十奈秒的誤差」聽起來蠻無聊的吼?所以飛過去一架飛船是不夠的。一架不夠,你有試過更多架嗎?

美國政府在2001到2016年間於《新視野號》計畫上花費了7億美金的公帑,與此同時還支出了47,879,840,000,000美金的雜費。如果我們能將這方面的開支[3]全數拿來製造太空梭,就可以多發射68,000艘一模一樣的新視野號探測器了。

不過接下來就有麻煩了。首先,新視野號以一小塊鈽作為能量來源這塊大概10公斤的鈽,是從鈾反應爐裡出來的。我們得消耗地球上大量的鈾儲量,才能製造出夠68,000艘新視野號飛行的鈽。

然後更慘的來了[4]。每當NASA發射一艘太空梭後,他們都會計算發射失敗而導致裝載在上面的鈽給大氣造成核汙染的機率有多大。一般而言這種機率只有1/300。所以68,000艘太空梭大概會造成200起核安事故…好像不太妙。

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但是只要能讓木星慢下來,一切都是值得的!可惜的是,68,000艘太空梭根本不夠用。我們從木星那邊偷走的速度,只能使它的年曆比平常慢了2毫秒。

如果能降低成本,我們就能發射更多太空梭了。即便如此,我們也不得不面對資源枯竭的問題。首先我們會用光發射的燃料,不過先假設我們已經製造出某種既便宜又可用於發射的太空電梯好了。(為了生產鈽)我們還會用光地球上所有的鈾,不過我們還可以用一塊鉛來代替鈾——反正這艘太空梭又不是真的要做什麼

不過很快我們也會把鉛用完的。接下來我們就要拿石頭和垃圾等東西來代替鉛了。最後,為了使木星的速度慢下來,地球上的人們都不停的往印著NASA標志的麻布袋裡塞泥土。

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信不信由你,最後我們連石頭都會用光光。

地殼就這麼一點東西[6]。就算我們挖下來幾十公里厚的地殼然後朝木星丟過去——我先聲明:我不建議這麼做——它使木星減小的速度還不到每小時1英里。

講實在的,這個計畫根本行不通。地球比木星輕太多了[7],因此即使我們把整顆地球向木星砸過去,木星的速度也只能減小百分之一而已——大約每小時幾十英里吧。這個情況跟之前網球的比喻是一樣的:一顆網球必須擁有足夠多動量,也就是夠快、夠重或是兩者皆是才能停下一台拖拉庫。

這就是問題所在。利用重力減速就像對著一台行駛的卡車丟網球,如果想停下卡車…

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…你要一顆超級大的網球。

註釋

[1] 經過一顆行星來獲取速度聽起來有點奇怪,因為當你飛走時,飛近時獲得的速度應該就沒了。但是這跟引力沒什麼關係;引力助推的原理跟巨大的繩子和彈簧類似。你向一顆行星前進,盪過去,然後又往回飛 ,整個過程看起來就像你從這個星球上「彈」了出去。如果這顆行星正在運行當中,它還會給你額外的速度——就像一顆丟到路過的大卡車擋風玻璃上的網球一樣。請參閱 What If #38以獲取更多細節,或是看看示意圖。

[2] 這裡的幾何示意圖有點複雜,因為速度和方向都在改變。有心的讀者可以參閱這篇文獻;這是個很好的教材。

[3] 大概不是什麼重要的

[4] 每次一扯到鈽都沒什麼好事

[5] 威廉沙費爾,美國作家、記者、總統演講撰稿人。曾在阿波羅11號意外後為尼克森撰寫聲明。

[6] 專業科學術語

[7] 地球的質量約等於 π 毫木星重

原文連結:Stop Jupiter