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從空間站向地球使勁扔出一個雞蛋,能成功擊中嗎?

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本文基于回答網(wǎng)友類似的問題。

先說結(jié)論:無需成功,想不擊中都難,不過不會到達地表。

這個結(jié)論說得似乎有些復雜和繞口。啥叫無需成功,想不擊中都難呢?我想表達的是,在空間站高度無論如何扔,這枚雞蛋都會掉向地球,不存在成功與否。有辦法讓它脫離地球,才算成功呢。

又為啥不會到達地表呢?這個意思是說,雞蛋雖然會掉向地球,但在沒有掉到地表之前,就會被烤糊了,燒光了,氣化消失了。

先說說空間站的運行高度和速度不管是中國的天宮空間站還是國際空間站,都在距地表約400公里高空運行,以每秒約7.6公里的速度圍繞著地球轉(zhuǎn)圈子。這個速度叫環(huán)繞速度,達到這個速度,才不會被地球引力拉下來,也不會脫離地球引力飛往遠方。

一個人在地面跳高,永遠也跳不太高,更別說脫離地球引力飄到空中。這就是因為跳高的速度太慢了,如果達到了每秒7.9公里的速度,就能夠跳起來不再落下來,就會圍繞著地球轉(zhuǎn)圈子。這個速度就叫環(huán)繞速度,是飛行器抵抗地球引力,取得平衡的速度。

根據(jù)萬有引力定律,引申出環(huán)繞速度公式:v=√(GM/R)。這里的v就是環(huán)繞速度,單位m/s(米/秒);G為引力常量,是兩個1kg(千克)物體質(zhì)心相距1米的引力,約為6.67*10^-11N·m^2/kg^2;M為天體質(zhì)量,單位kg;R為飛行物與天體質(zhì)心距離,單位m。

據(jù)此,我們可以計算出在400公里高空的空間站所需環(huán)繞速度約為7662m/s,空間站只有一直保持這個速度,才能維持這個高度。如果速度慢下來,高度就會逐漸降低,最終墜入地球大氣層燒毀。

飛行器在太空中飛行,如果沒有大氣阻力,理論上一直可以保持速度永遠飛下去。但在400公里高空,大氣雖然已經(jīng)非常稀薄,卻并非真空,因此也還是有阻力的。這樣,空間站如果沒有動力補充的話,每天速度都會慢下來,而一慢下來就會被地球引力拉拽往下掉。

據(jù)一些資料介紹,如果不用動力提速,空間站每天要掉落100~150米??臻g站在設計時就考慮了這個問題,會用自帶火箭發(fā)動機助推提升速度,一直保持環(huán)繞速度。因此,任何空間站每年都要耗費燃料數(shù)噸,這些燃料需要用飛船定期補充。

空間站的太陽能電池板,也能提供部分動力,但一般只用于空間站設備運行的需要。這也是空間站不能飛得太高的緣故,否則維護和運營費用就會更高。

再說說空間站的墜落當空間站報廢后,不再提供燃料提升速度和軌道,空間站就會墜落到大氣層燒毀。由于空間站體量巨大,有些部件不一定能夠燒完,這樣殘留的部件就會掉落到地球上。

為了防止這些殘骸掉落到人員稠密地區(qū)造成人身財產(chǎn)傷害,廢棄的空間站還要保留一部分燃料,在其墜毀前讓地面指揮中心遙控指揮,調(diào)整設定墜落地點,盡量讓其墜落到空曠的沙漠或海洋中。

前蘇聯(lián)的和平號空間站墜毀就是個例子。這個空間站從1986年開始服役,1999年8月28日正式退役,從這天起,和平號就進入無動力自生自滅狀態(tài)。由于沒有了動力支撐,和平號的軌道逐步降低,終于在2001年3月20日墜入大氣層焚毀,其殘骸墜毀在南太平洋指定區(qū)域。

在和平號空間站墜毀前,地面控制人員啟動了空間站預留的燃料,通過三次點火制動,實現(xiàn)了主動墜毀到預定海域。如果讓其自生自滅墜毀,可能還會在天上一段時間,墜落地點就不可控了,如果墜落到大城市人口稠密地區(qū),造成的傷害就不可估量了。

現(xiàn)在,國際空間站也已經(jīng)年老體衰了,美國NASA也開始考慮如何讓其壽終正寢的問題,估計幾年后,也將采用和平號空間站的方式安葬。

現(xiàn)在來說說那個被扔出空間站的雞蛋看了空間站的歸宿,大概就知道了這枚雞蛋的結(jié)局了。

其實,在空間站扔出一個雞蛋并非易事,需要經(jīng)過一系列復雜的開啟艙門方式,宇航員全副武裝地穿著防護服出艙,才能夠扔掉這枚雞蛋。國際空間站和我們的天宮空間站都在電視里介紹過宇航員出艙過程,因此大家對宇航員出艙的過程應該都有了解,實在是一個很麻煩的過程。

穿著笨拙宇航服的宇航員根本無法使出很大力氣,而且雞蛋是個易碎品,拿出來時還要小心翼翼。因此,無論他或她怎么使勁,扔出去的這個雞蛋速度不可能會很快,這樣,加速度基本可以忽略不計,也就完全可以排除這個雞蛋達到脫離地球引力的速度。

脫離地球引力的速度叫逃逸速度,遵循逃逸速度公式:v=√(2GM/R)。根據(jù)這個公式計算,在太空站高度,逃逸速度約為10836m/s,只要不達到這個速度,終究都會被地球引力拽下。

因此不管宇航員是往前還是往后,往左還是往右,向上還是向下扔,這枚雞蛋的運動速度都會和空間站差不多,保持每秒7662米左右的速度,依然圍繞著地球轉(zhuǎn)圈圈。但雞蛋沒有了動力支撐,在細微的空氣阻力下,速度會慢慢降低,高度也就慢慢降低。

這枚雞蛋在太空會經(jīng)歷冷熱兩重天的煎熬,早就生不生熟不熟了。當沒有陽光時,溫度降到零下100多攝氏度,凍得梆硬;當陽光照射時,溫度瞬時上升到100多攝氏度,煮得爛熟。希望它不會爆裂。(歡迎各位討論到底會不會爆裂)

這枚雞蛋就這樣在地獄般的煎熬中孤獨地飄蕩幾年。隨著高度的降低,大氣的密度會越來越高,其軌道下墜速度也會越來越快。兩三年后,這枚雞蛋到達距地表100公里高度時,依然保持著每秒約7公里的速度,這個速度與濃密的大氣碰撞摩擦,就會越來越熱。

當?shù)竭_約80公里高度時,溫度會上升到1000℃以上,雞蛋迅速被烤糊燒焦,最終劇烈燃燒起來,化為一道亮光。

如果是漆黑的夜晚,恰好你又在它的下面觀看,就會看到一閃而過的光流。地球上每天都有成千上萬顆小的流星消失在大氣層,這枚雞蛋也將成為它們中的一員。

它擊中地球了,但它無法到達地表。這就是這枚雞蛋的命運,你相信嗎?歡迎討論,感謝閱讀。

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評論
演繹無限精彩
大學士級
較小的小天體根本就無法抵達地面,直接在大氣層中因為高溫而化為灰燼,可以認為這個雞蛋也會同樣如此。
2022-01-20
傳承解惑
大學士級
當?shù)竭_約80公里高度時,溫度會上升到1000℃以上,雞蛋迅速被烤糊燒焦,最終劇烈燃燒起來,化為一道亮光。
2022-01-20
發(fā)光的晶晶
太傅級
一個人在地面跳高,永遠也跳不太高,更別說脫離地球引力飄到空中。這就是因為跳高的速度太慢了,如果達到了每秒7.9公里的速度,就能夠跳起來不再落下來,就會圍繞著地球轉(zhuǎn)圈子。這個速度就叫環(huán)繞速度,是飛行器抵抗地球引力,取得平衡的速度。
2022-01-20