月球和地球是共生的吗,如果月球失控坠向地球,人类文明有何办法阻止

阻止月球撞击地球,无非就是利用额外的力改变月球轨道。为了弄清楚这个问题,我将从地月系统月球和地球是共生的吗、月球能量等开始,由浅入深,逐步探讨如何阻止月球坠落地球。

月球和地球是共生的吗,如果月球失控坠向地球,人类文明有何办法阻止

1、地月系统为了简化问题,我以地球作为参考系,不考虑其他星系对月球的影响。如下图所示,假设月球绕日轨道为正圆。

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月球轨道的详细数据如下图。地球质心和月球质心的平均距离约385000km,轨道的平均速度是1.023km/s。

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2、月球总能量的估算根据月球的轨道参数,我们取无穷远为零势能点,那么月球势能有-GMm/R,带入地月质量和距离(M=5.965e24kg,m=7.34e22kg,R=385000km,G=6.67e-11N·m²/kg²),得到势能:-7.58e28J。此外,月球的动能mv2/2,为3.84e28J。动能约为势能的一半。因此,总能量约-3.74e28J。当年那个原子弹释放的能量约5.25e14J,由此可见,月球具有的能量是那颗原子弹的1e14倍。所以,从能量的角度来看,想让月球完全背离现阶段是不可能的事情。如下图所示。

3、组织月球坠落的方法如前所述,由于月球具备非常巨大的能量,想要正面抵挡月球的坠落几乎不可能。另外,月球体积那么大,想炸碎月球也是不现实的。因此,只能有如下两种方法:

侧向加力,抬高月球轨道。

尾部加力,提高月球速度。

下面将大概估算一下能量,以判断这两种方法哪种可行。

先看第一种,侧向加力,抬高月球轨道。如上图所示,在垂直于月球轨道的方向上,施加一个力,强制使得月球轨道能够提升。目前,没有这么巨大推力的发动机,能够安装于月球表面。所以,像流浪地球那般,安装行星发动机,从而推动月球的方法不存在。因此,唯一能够采用的方法就是利用爆炸产生的推力。好在月球的坠落并不是直线坠落,而实沿着图示红线。只要爆炸力足够且持续,那么是可以抬高月球轨道的。

假设月球往外推动1mm,那么大概需要7.34e22J的能量(这里简单起见,直接采用重力加速度计算)。如果采用氢弹(能量约为广岛原子弹的150倍),那么大概需要9333枚氢弹,方才可以推动月球1mm。地球上没有那么多的氢弹,所以这种方法不可行。

第二种方法,尾部加力,提高月球的速度。如上如所示,在沿着月球轨道的方向上,施加一个力,使得月球的速度能够加快,从而与地球擦肩而过。一旦保证月球接近过程中不撞击地球,那么离开的时候,由于引力弹弓效应,月球将加速离开。

已知,物体拜托地球引力的速度为第一宇宙速度,即7.9km/s,此时具备的动能约2.3e30J。临界状态下,月球与地球擦肩的时候,势能约-4.6e30J,而此时对应的动能约4.56e30J。当然,这是不考虑大气损耗的情况。由此可见,月球坠落的速度肯定超过了第一宇宙速度。因此,如果能保证擦肩,那么地球无忧。此外,假设从初速度开始,增加0.1m/s,大概需要7.88e24J的能量,约需要1万多的氢弹。显然,这种同样不现实。

4、总结通过上述的计算,我们发现,想要推动月球,都需要大量的能量,1万颗氢弹爆炸的能量方才推动月球一点点。因此,现阶段根本无法阻止月球坠落。

值得欣慰的是,当前的月球轨道是稳定的轨道,并不会无缘无故的坠落。而且由于地球的潮汐效用,月球正在缓慢的远离地球(每年约3.78cm)。

即使有外力,比如小行星撞击而发生轨道改变,那也要看撞击的角度。月球有撞向地球的可能,也有撞离地球的可能。

2022-06-11

2022-06-11