我知道新視野號探測器利用木星的引力加速飛向冥王星,照理說這回讓木星的軌道速度變慢那么一丟丟,我就是想知道,需要多少次這樣的借力飛行,會讓木星完全停止轉(zhuǎn)動?
——Dillon
反正這錢我們地球人出不起。
太空探測器經(jīng)常會故意靠近較大的天體來獲得加速度,這樣可以節(jié)省所需攜帶的燃料(這聽上去可能有點奇怪,但引力有點像彈弓和彈簧,如果你軌道設(shè)計的好,你就能向它們撲去,繞上幾圈,然后被甩出回到原來的軌道。想象你是一只網(wǎng)球撞在一輛行駛的車玻璃上,這會給你的反彈再加一把力)。因為動量守恒的關(guān)系,飛行器的變軌機動也能讓木星慢那么一丟丟丟,但這種小誤差應該沒人在乎吧?
木星也不會在意被飛行器揩油這種小事,因為兩者的體量差距太大。當「新視野號」蒞臨木星,它能獲得4000m/s的加速度,而木星慢了大概 10^-21m/s(這種計算并不簡單,因為牽涉到速度和方向,想驗證的同學請讀這篇paper)。
10^-21 米/秒聽上去好像不算很多,但這的確對木星的軌道產(chǎn)生了影響,讓它更靠近太陽,并且公轉(zhuǎn)時間變長。不過這種影響的結(jié)果就是,當太陽變成超新星的時候,木星上的日歷大概慢了十幾個納秒罷了。
「十幾納秒的同步誤差」肯定不夠玩的,所以我們得多丟幾個飛行器才行,所以我們最多能丟幾次呢?
「新視野」探測器整個項目,從2001年到2016年,一共花掉了美國納稅人7個億美金。同期美國政府花在其他事情上的開支一共是47萬億美金。如果我們把這些開支都挪到超木星丟探測器這件事上(反正其它事情也不重要嘛),我們一共可以丟出68000只。
但麻煩也隨之而來。首先,「新視野」帶了一箱钚作為燃料。大概有10公斤的樣子。這些钚是從一個鈾反應堆里制得。要提供68000份燃料,需要耗盡地球上所有的鈾庫存。其次, NASA 丟出這樣攜帶钚的飛行器,總會有手滑灑了核燃料,弄污了大氣層的可能,概率大概是1/300。68000次任務,起碼要有200次事故,這可真不是小事。
但為了摁住木星,這點代價還是值得的嘛!可惜68000次發(fā)射也無濟于事。我們只損了木星一丟丟丟加速度,大概只慢了2毫秒。
當然,我們還可以盡量降低丟東西的成本,但遲早,我們會用光所有原材料和燃料。但我還可以降低發(fā)射的成本,干脆造個二踢腿,綁上塊鉛,這東西能飛就行,丟出去也不用管,反正它們不用承擔任何科研任務嘛!
不管你信不信,很快,我們連鉛都丟完了。于是我們改丟石頭,垃圾——最后石頭垃圾也丟完了,我們絕望地將一麻袋一麻袋的渣土打上 NASA 的 LOGO 送去發(fā)射。
地殼真的不夠這么耗的。就算我們把10多公里厚的整個地殼撬下來丟向木星——我真不希望你們這么做——這也只能讓木星減慢了1英里/小時而已。
所以你看,這就是個不靠譜的事兒。地球的質(zhì)量要比木星小太多(317.83倍),所以就算把整個地球丟出去,木星最多也就慢下十幾英里/小時。就和前文說的網(wǎng)球砸貨車那個例子,如果你想要用網(wǎng)球砸停貨車,那么你網(wǎng)球的動能得遠大于貨車,反正不是個頭大,就得速度快。
好了,我要說的中心思想就是,利用引力加速,就像把網(wǎng)球砸到飛駛的貨車上,但要把貨車停下來……
……你得有顆足夠大的網(wǎng)球。