如果在空间站对着月球开一枪会怎么样?能击中月球吗?

如果在空间站对着月球开一枪会怎么样?能击中月球吗?对此我们似乎可以认为,空间站处于失重环境,并且在太空中又没有空气的阻力,因此如果在空间站开一枪,那么发射出的子弹应该会不受阻碍地沿着直线飞行,在这种情况下,只要瞄得够准(比如说计算好提前量),那么就应该能击中月球。

然而这样的事情却不会发生,这是因为失重并不代表空间站没有受到地球的引力作用,为了说明这个问题,我们不妨来看看“牛顿大炮”这个经典的思想实验。

如上图所示,假如我们在地球上的一座高山上架起一门大炮,然后将炮弹沿着水平的方向发射出去,在不考虑空气阻力的前提下,根据炮弹速度的不同,就会出现以下三种情况。

  • 1、如果炮弹速度非常快,那么它就可以直接飞出地球。

  • 2、如果炮弹速度不够,那么它就迟早会掉到地面上。

  • 3、如果炮弹的速度达到一个合适的值,那么它就会围绕着地球做匀速圆周运动,这个速度就被称为第一宇宙速度。

实际上,空间站就是属于上述的第三种情况,对于这种现象我们可以简单地理解为,空间站其实一直处于自由落体的状态,只不过由于地球是圆的,空间站的水平速度又很快,因此空间站就一直掉不下来。

在做自由落体运动时,空间站内的所有物体(包括空间站本身)都在以同样的加速度下落,因此物体之间因为重力而产生的各种效应就全部消失了,在这种情况下,物体就感受不到重力了,也就是所谓的“失重”。

由此可见,空间站中的所有物体依然受到了地球引力的束缚,而假如我们想做到“在空间站对着月球开一枪,并让子弹击中月球”,首要条件就是要求发射出的子弹必须是属于前面提到的第1种情况,即:以非常快的速度直接飞出地球,具体要多快呢?答案就是第二宇宙速度(物体在无动力的情况下摆脱地球引力束缚所需要的最低速度)。

需要注意的是,因为空间站一直在以第一宇宙速度围绕地球运行,所以如果可以的话,我们应该在月球运行到空间站运动方向的切线前方时对着月球开枪,这样就可以将子弹发射时的初速度和空间站的速度完美地叠加起来。

已知第一宇宙速度为7.9公里/秒,第二宇宙速度为11.2/秒,也就是说,在理想的情况下,子弹的速度只要达到3.3公里/秒,就可以摆脱地球引力的束缚,进而达到击中月球的目的。

(注:由于空间站运行在距离数百公里的近地轨道上,受地球的引力相对要小一些,因此对于空间站来讲,这两个速度也就相应地要低一些,但这个数值相差不大,所以这里我们可以将其忽略)

那么什么样的枪射出的子弹能达到这样的速度呢?很遗憾,世界上所有已知的枪都不可能发射出如此高速的子弹,比如说大名鼎鼎的巴雷特(M82A1),其子弹发射时的初速度也只有0.9公里/秒左右,就算是在理想的情况下,其速度最多也只能达到8.8公里/秒,距离第二宇宙速度还差得很远。

顺便讲一下,现代子弹的发射药基本上都是氧化基团和可燃性基团组成的混合物,简单地讲就是,这类发射药自带氧化剂,因此在没有氧气的环境中(比如说太空中或者水中),这种子弹依然能够正常发射。

总而言之,如果在空间站对着月球开一枪,发射出的子弹将被地球的引力牢牢地束缚住,根本就不可能击中月球,而根据开枪方向的不同,发射出的子弹将以不同的轨道围绕着地球运行,大概可以分为3种情形。

如果开枪方向与空间站的运行方向相同,那么子弹的运行轨道将会是一个狭长的椭圆形,如果相反,那么子弹相对于地球的速度就会变慢,并因为低于第一宇宙速度而逐渐坠入大气层,最终化身为一颗微小的流星。如果向上(相对于地球),那么子弹的运行轨道将会升高,最终也会是一个椭圆形,但没有第一种情形那么狭长。

当然了,以上分析只是基于正常范围的讨论,如果有人非要说用的是激光枪的话,那我们也就没有什么讨论的必要了。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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