从空间站向地球使劲扔出一个鸡蛋,能成功击中吗?
来源:时空通讯
发布时间:2022-01-20
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本文基于回答网友类似的问题。

先说结论:无需成功,想不击中都难,不过不会到达地表。

这个结论说得似乎有些复杂和绕口。啥叫无需成功,想不击中都难呢?我想表达的是,在空间站高度无论如何扔,这枚鸡蛋都会掉向地球,不存在成功与否。有办法让它脱离地球,才算成功呢。

又为啥不会到达地表呢?这个意思是说,鸡蛋虽然会掉向地球,但在没有掉到地表之前,就会被烤糊了,烧光了,气化消失了。

先说说空间站的运行高度和速度不管是中国的天宫空间站还是国际空间站,都在距地表约400公里高空运行,以每秒约7.6公里的速度围绕着地球转圈子。这个速度叫环绕速度,达到这个速度,才不会被地球引力拉下来,也不会脱离地球引力飞往远方。

一个人在地面跳高,永远也跳不太高,更别说脱离地球引力飘到空中。这就是因为跳高的速度太慢了,如果达到了每秒7.9公里的速度,就能够跳起来不再落下来,就会围绕着地球转圈子。这个速度就叫环绕速度,是飞行器抵抗地球引力,取得平衡的速度。

根据万有引力定律,引申出环绕速度公式:v=√(GM/R)。这里的v就是环绕速度,单位m/s(米/秒);G为引力常量,是两个1kg(千克)物体质心相距1米的引力,约为6.67*10^-11N·m^2/kg^2;M为天体质量,单位kg;R为飞行物与天体质心距离,单位m。

据此,我们可以计算出在400公里高空的空间站所需环绕速度约为7662m/s,空间站只有一直保持这个速度,才能维持这个高度。如果速度慢下来,高度就会逐渐降低,最终坠入地球大气层烧毁。

飞行器在太空中飞行,如果没有大气阻力,理论上一直可以保持速度永远飞下去。但在400公里高空,大气虽然已经非常稀薄,却并非真空,因此也还是有阻力的。这样,空间站如果没有动力补充的话,每天速度都会慢下来,而一慢下来就会被地球引力拉拽往下掉。

据一些资料介绍,如果不用动力提速,空间站每天要掉落100~150米。空间站在设计时就考虑了这个问题,会用自带火箭发动机助推提升速度,一直保持环绕速度。因此,任何空间站每年都要耗费燃料数吨,这些燃料需要用飞船定期补充。

空间站的太阳能电池板,也能提供部分动力,但一般只用于空间站设备运行的需要。这也是空间站不能飞得太高的缘故,否则维护和运营费用就会更高。

再说说空间站的坠落当空间站报废后,不再提供燃料提升速度和轨道,空间站就会坠落到大气层烧毁。由于空间站体量巨大,有些部件不一定能够烧完,这样残留的部件就会掉落到地球上。

为了防止这些残骸掉落到人员稠密地区造成人身财产伤害,废弃的空间站还要保留一部分燃料,在其坠毁前让地面指挥中心遥控指挥,调整设定坠落地点,尽量让其坠落到空旷的沙漠或海洋中。

前苏联的和平号空间站坠毁就是个例子。这个空间站从1986年开始服役,1999年8月28日正式退役,从这天起,和平号就进入无动力自生自灭状态。由于没有了动力支撑,和平号的轨道逐步降低,终于在2001年3月20日坠入大气层焚毁,其残骸坠毁在南太平洋指定区域。

在和平号空间站坠毁前,地面控制人员启动了空间站预留的燃料,通过三次点火制动,实现了主动坠毁到预定海域。如果让其自生自灭坠毁,可能还会在天上一段时间,坠落地点就不可控了,如果坠落到大城市人口稠密地区,造成的伤害就不可估量了。

现在,国际空间站也已经年老体衰了,美国NASA也开始考虑如何让其寿终正寝的问题,估计几年后,也将采用和平号空间站的方式安葬。

现在来说说那个被扔出空间站的鸡蛋看了空间站的归宿,大概就知道了这枚鸡蛋的结局了。

其实,在空间站扔出一个鸡蛋并非易事,需要经过一系列复杂的开启舱门方式,宇航员全副武装地穿着防护服出舱,才能够扔掉这枚鸡蛋。国际空间站和我们的天宫空间站都在电视里介绍过宇航员出舱过程,因此大家对宇航员出舱的过程应该都有了解,实在是一个很麻烦的过程。

穿着笨拙宇航服的宇航员根本无法使出很大力气,而且鸡蛋是个易碎品,拿出来时还要小心翼翼。因此,无论他或她怎么使劲,扔出去的这个鸡蛋速度不可能会很快,这样,加速度基本可以忽略不计,也就完全可以排除这个鸡蛋达到脱离地球引力的速度。

脱离地球引力的速度叫逃逸速度,遵循逃逸速度公式:v=√(2GM/R)。根据这个公式计算,在太空站高度,逃逸速度约为10836m/s,只要不达到这个速度,终究都会被地球引力拽下。

因此不管宇航员是往前还是往后,往左还是往右,向上还是向下扔,这枚鸡蛋的运动速度都会和空间站差不多,保持每秒7662米左右的速度,依然围绕着地球转圈圈。但鸡蛋没有了动力支撑,在细微的空气阻力下,速度会慢慢降低,高度也就慢慢降低。

这枚鸡蛋在太空会经历冷热两重天的煎熬,早就生不生熟不熟了。当没有阳光时,温度降到零下100多摄氏度,冻得梆硬;当阳光照射时,温度瞬时上升到100多摄氏度,煮得烂熟。希望它不会爆裂。(欢迎各位讨论到底会不会爆裂)

这枚鸡蛋就这样在地狱般的煎熬中孤独地飘荡几年。随着高度的降低,大气的密度会越来越高,其轨道下坠速度也会越来越快。两三年后,这枚鸡蛋到达距地表100公里高度时,依然保持着每秒约7公里的速度,这个速度与浓密的大气碰撞摩擦,就会越来越热。

当到达约80公里高度时,温度会上升到1000℃以上,鸡蛋迅速被烤糊烧焦,最终剧烈燃烧起来,化为一道亮光。

如果是漆黑的夜晚,恰好你又在它的下面观看,就会看到一闪而过的光流。地球上每天都有成千上万颗小的流星消失在大气层,这枚鸡蛋也将成为它们中的一员。

它击中地球了,但它无法到达地表。这就是这枚鸡蛋的命运,你相信吗?欢迎讨论,感谢阅读。



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