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【腦洞系列】如果在空間站對著月球開一槍會怎麼樣?能擊中月球嗎?

如果在空間站對著月球開一槍會怎麼樣?能擊中月球嗎?對此我們似乎可以認為, 空間站處於失重環境, 並且在太空中又沒有空氣的阻力, 因此如果在空間站開一槍, 那麼發射出的子彈應該會不受阻礙地沿著直線飛行, 在這種情況下, 只要瞄得夠準(比如說計算好提前量), 那麼就應該能擊中月球。

然而這樣的事情卻不會發生, 這是因為失重並不代表空間站沒有受到地球的引力作用, 為了說明這個問題, 我們不妨來看看「牛頓大炮」這個經典的思想實驗。

如上圖所示, 假如我們在地球上的一座高山上架起一門大炮, 然後將炮彈沿著水準的方向發射出去, 在不考慮空氣阻力的前提下, 根據炮彈速度的不同, 就會出現以下三種情況。

1、如果炮彈速度非常快, 那麼它就可以直接飛出地球。 2、如果炮彈速度不夠, 那麼它就遲早會掉到地面上。 3、如果炮彈的速度達到一個合適的值, 那麼它就會圍繞著地球做勻速圓周運動, 這個速度就被稱為第一宇宙速度。

實際上, 空間站就是屬於上述的第三種情況, 對於這種現象我們可以簡單地理解為, 空間站其實一直處於自由落體的狀態, 只不過由於地球是圓的,

空間站的水準速度又很快, 因此空間站就一直掉不下來。

在做自由落體運動時, 空間站內的所有物體(包括空間站本身)都在以同樣的加速度下落, 因此物體之間因為重力而產生的各種效應就全部消失了, 在這種情況下, 物體就感受不到重力了, 也就是所謂的「失重」。

由此可見, 空間站中的所有物體依然受到了地球引力的束縛, 而假如我們想做到「在空間站對著月球開一槍, 並讓子彈擊中月球」, 首要條件就是要求發射出的子彈必須是屬於前面提到的第1種情況, 即:以非常快的速度直接飛出地球, 具體要多快呢?答案就是第二宇宙速度(物體在無動力的情況下擺脫地球引力束縛所需要的最低速度)。

需要注意的是, 因為空間站一直在以第一宇宙速度圍繞地球運行, 所以如果可以的話, 我們應該在月球運行到空間站運動方向的切線前方時對著月球開槍, 這樣就可以將子彈發射時的初速度和空間站的速度完美地疊加起來。

已知第一宇宙速度為7.9公里/秒, 第二宇宙速度為11.2/秒, 也就是說, 在理想的情況下, 子彈的速度只要達到3.3公里/秒, 就可以擺脫地球引力的束縛, 進而達到擊中月球的目的。

(注:由於空間站運行在距離數百公里的近地軌道上, 受地球的引力相對要小一些, 因此對於空間站來講, 這兩個速度也就相應地要低一些, 但這個數值相差不大,所以這裡我們可以將其忽略)

那麼什麼樣的槍射出的子彈能達到這樣的速度呢?很遺憾,世界上所有已知的槍都不可能發射出如此高速的子彈,比如說大名鼎鼎的巴雷特(M82A1),其子彈發射時的初速度也只有0.9公里/秒左右,就算是在理想的情況下,其速度最多也只能達到8.8公里/秒,距離第二宇宙速度還差得很遠。

順便講一下,現代子彈的發射藥基本上都是氧化基團和可燃性基團組成的混合物,簡單地講就是,這類發射藥自帶氧化劑,因此在沒有氧氣的環境中(比如說太空中或者水中),這種子彈依然能夠正常發射。

總而言之,如果在空間站對著月球開一槍,發射出的子彈將被地球的引力牢牢地束縛住,根本就不可能擊中月球,而根據開槍方向的不同,發射出的子彈將以不同的軌道圍繞著地球運行,大概可以分為3種情形。

如果開槍方向與空間站的運行方向相同,那麼子彈的運行軌道將會是一個狹長的橢圓形,如果相反,那麼子彈相對於地球的速度就會變慢,並因為低於第一宇宙速度而逐漸墜入大氣層,最終化身為一顆微小的流星。如果向上(相對於地球),那麼子彈的運行軌道將會升高,最終也會是一個橢圓形,但沒有第一種情形那麼狹長。

當然了,以上分析只是基於正常范圍的討論,如果有人非要說用的是鐳射槍的話,那我們也就沒有什麼討論的必要了。

但這個數值相差不大,所以這裡我們可以將其忽略)

那麼什麼樣的槍射出的子彈能達到這樣的速度呢?很遺憾,世界上所有已知的槍都不可能發射出如此高速的子彈,比如說大名鼎鼎的巴雷特(M82A1),其子彈發射時的初速度也只有0.9公里/秒左右,就算是在理想的情況下,其速度最多也只能達到8.8公里/秒,距離第二宇宙速度還差得很遠。

順便講一下,現代子彈的發射藥基本上都是氧化基團和可燃性基團組成的混合物,簡單地講就是,這類發射藥自帶氧化劑,因此在沒有氧氣的環境中(比如說太空中或者水中),這種子彈依然能夠正常發射。

總而言之,如果在空間站對著月球開一槍,發射出的子彈將被地球的引力牢牢地束縛住,根本就不可能擊中月球,而根據開槍方向的不同,發射出的子彈將以不同的軌道圍繞著地球運行,大概可以分為3種情形。

如果開槍方向與空間站的運行方向相同,那麼子彈的運行軌道將會是一個狹長的橢圓形,如果相反,那麼子彈相對於地球的速度就會變慢,並因為低於第一宇宙速度而逐漸墜入大氣層,最終化身為一顆微小的流星。如果向上(相對於地球),那麼子彈的運行軌道將會升高,最終也會是一個橢圓形,但沒有第一種情形那麼狹長。

當然了,以上分析只是基於正常范圍的討論,如果有人非要說用的是鐳射槍的話,那我們也就沒有什麼討論的必要了。

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