地月滑桿

如果有一種能從月球到地球的消防員用的滑桿，那么從月球滑到地球需要多久？

首先，讓我們想清楚幾件事：

在現(xiàn)實生活中，我們不可能在地球和月球之間放置一個金屬桿。桿子靠近月球的一端將被月球的引力拉向月球，另一端則會被地球的引力拉向地球。桿子將被撕成兩半。

這一計劃還面臨另一個問題。地球表面的自轉(zhuǎn)速度比月球快，所以如果你想把桿子連接到地面，結(jié)果就是它會折斷。

還有一個問題：地月之間的距離并不是固定不變的。月球的運行軌道使得二者間的距離時遠時近。雖然沒什么大的差別，但也足以讓這根滑桿的底端每個月都被擠向地球50000千米。

但讓我們忽視這些問題吧！如果我們有一根具有魔力的滑桿，從月球恰好垂向地球表面上方，不時膨脹、收縮而從未接觸到地面。那么，從月球滑下去需要多長時間？

如果你站在滑桿位于月球的那一端，有一個問題會立馬變得清晰起來：你必須沿著桿子向上滑，而這并不是一般所謂的“滑行”。

這時你不是在滑，而是需要爬。

人類爬桿可以爬得很快。世界爬桿紀錄保持者在冠軍賽上的速度能超過1米/秒。在月球上，引力更弱，所以可能爬起來更容易。但考慮到你必須得穿宇航服，肯定會有點兒耽誤你的速度。

如果你沿著桿子向上爬得足夠遠，地球引力就開始接管你了，它會把你向下拉。此時你掛在桿子上，有三個力作用在你身上：地球的引力將你拉向地球，月球的引力拉著你遠離地球，來自擺動著的滑桿的離心力也拉著你遠離地球。最初，月球引力和離心力的合力更強，把你往月球拉，但隨著你越來越接近地球，地球的引力將逐漸取勝。地球是相當(dāng)大的，所以當(dāng)你到達這個點——眾所周知的L1拉格朗日點——時，你仍然離月球相當(dāng)近。

對你來說不幸的是，太空很大，所以這里說的“相當(dāng)近”仍然是一段很長的路。即使你以遠超世界紀錄的速度攀爬，也要花幾年時間才能到達L1點。

當(dāng)你到達L1點的時候，你就可以開始從爬變?yōu)橥浦辛耍耗阃埔淮?，然后就可以在桿子上滑行相當(dāng)長的一段距離。你也不需要等著停下來，就可以再次抓著桿子，給自己一個下推的力，好使自己滑行得更快，就像滑板運動員踢腿加速那樣。

最終，當(dāng)你到達L1點附近，不再需要與重力做斗爭時，唯一限制你速度的，就是你能多快地抓住桿子，然后把它“扔到”你身后去。最好的棒球投手可以以每小時160千米的速度移動他的雙手并投擲物體，因此你大概不能期望自己動得比他們快出很多。

注意：當(dāng)你把自己向前拋的時候，千萬當(dāng)心不要把桿子脫手了。希望你帶了安全繩一類的東西，這樣如果你不小心脫手了，還有得救。

當(dāng)你再沿著桿子滑行幾周時間，你會感覺到重力開始逐漸占據(jù)上風(fēng)，重力的加速作用遠比你自己推自己的速度要快。到了這個時候，你需要擔(dān)心的就變成走得太快了。

當(dāng)你接近地球時，拉力增加了，你的速度會更快。如果你不讓自己停下來，那么你會以逃逸速度——11千米/ 秒——到達大氣層的頂端，在空氣的作用下，會產(chǎn)生大量熱量，以至于你需要冒著燃燒起來的危險。航天器通過加裝防熱罩來解決這一問題。防熱罩能夠吸收和驅(qū)散熱量，使得被它包裹著的航天器不至于起火。因為你有這個便利的金屬桿子，你可以通過夾緊桿子來控制自己的下降速度。

在整個接近和下降的過程中，你務(wù)必要將速度降下來（如果必要的話，甚至可以停下來冷卻一下你的雙手或是其他什么減速裝置），而不是等到最后才試圖讓自己慢下來。當(dāng)你試圖抓緊桿子的時候，你會遇到些不愉快的意外。最好的情況是，你會被甩開去，摔得很慘；最壞的情況則是，你的手和桿子的表面都會發(fā)生轉(zhuǎn)化，成為一種令人興奮的新物質(zhì)。然后，你被甩開去，摔得很慘。

假設(shè)你慢慢地下降，以一種可控的方式進入大氣層，馬上你就會遇到下一個問題：你手握著的桿子并不是以和地球一樣的速度在運動。地球和桿子甚至沒有相互接觸。你下方的陸地和大氣層對你來說，運動得相當(dāng)快。你將會陷入一種非常強勁的風(fēng)中。

月球繞行地球軌道的速度大約是1千米/秒，29天左右繞一個大圈。我們想象出來的這根滑桿的頂端，必須以如此快的速度運動。在同樣的時間內(nèi)，滑桿的底端則只是畫出一個小得多的圈，相對月球軌道的中心，以56千米/時的平均速度運動。

56千米/ 時聽起來還不錯。但不幸的是，地球也在旋轉(zhuǎn)，它表面的移動速度遠快于56千米/時；在赤道范圍，速度可以達到1600千米/ 時。

即使滑桿的末端相對地球整體移動速度而言運動得慢一些，但它相對地球表面而言，移動速度還是相當(dāng)快的。

要問相對地球表面滑桿的移動速度有多快，就如同是問月球的地表速度是多少。這是很難計算的，因為月球的地表速度是以一種很復(fù)雜的方式每分每秒發(fā)生變化的。幸運的是，它的變化并沒有那么多——通常介于390米/ 秒至450米/秒，或是略快于音速。因此，沒必要計算出精確的數(shù)值。

讓我們花點時間試著找出答案。月球地表速度變化得非常規(guī)律，形成了一種正弦波。它每個月兩次達到峰值，此時正是它經(jīng)過快速移動的赤道的時候；然后在經(jīng)過速度較慢的熱帶地區(qū)時，達到最小值。它軌道速度的變化取決于它是否位于軌道上的近點或遠點，這就得出了一個大體上是正弦波形狀的地面速度。

好，很好。我們還可以將另一個周期納入月球地面速度的考慮之中。相對地球—太陽平面，月球軌道傾斜了大約5°，而地球的軸線傾斜了23.5°。太陽每年從北半球熱帶地區(qū)運動到南半球熱帶地區(qū)，然后返回。

然而，月球的軌道也是傾斜的，這個傾斜以18.9年為周期旋轉(zhuǎn)。當(dāng)月球的傾斜方向與地球的方向相同時，它比太陽更靠近赤道5°；當(dāng)它在相反方向時，它會達到更極端的緯度。當(dāng)月球離赤道越遠，它的地面速度就越低，所以正弦波的下端就會變得更低。這是未來幾十年月球地面速度的情況。

月球最高速度保持不變，但它的最低速度，卻以18.9年為周期上升和下降。下一個周期的最低速度會在2025年5月1日出現(xiàn)，所以如果你想一直等到2025年再往下滑，你就能在桿子的移動速度相對地球表面只有390米/ 秒的時候，進入大氣層外緣。

當(dāng)你終于進入大氣層，你將降落到熱帶邊緣。你要盡量避開熱帶射流，這是一種和地球自轉(zhuǎn)同一方向的高空氣流。

不管你從哪里下來，你都得對付超音速的風(fēng)，所以你應(yīng)該盡量多帶一些防護裝備；你要確保你緊緊地貼在桿子上，因為風(fēng)和各種沖擊波會在你周圍猛烈地沖擊和震動。人們常說，“不是下墜要了你的命，而是突然的停止”。不幸的是，對你來說，兩種情況都有可能要你的命。

在某種程度上，要到達地面，你就得放開桿子。出于顯而易見的原因，你當(dāng)然不希望在以音速移動的時候直接跳向地面。相反，你可能應(yīng)該等到你位于飛機巡航高度時再松手跳下。當(dāng)然，此時空氣依然很稀薄，也因此大氣不會太用力地拉扯你。然后，讓空氣帶著你走，當(dāng)你向地球表面墜落時，你可以打開降落傘。

最后，你可以安全地飄到地面上，這樣，你就完全靠自身肌肉力量完成了一趟從月球到地球的旅程。

（當(dāng)你完成這趟旅程后，記得撤掉那根消防滑桿。那絕對是一種安全隱患。）