科幻片中大型宇宙飞船中宇航员可以像在陆地中一样行走,现实中真的可以实现吗?
大家都知道在太空没有重力,也就没有前后上下左右可言,所以人和物品都处于漂浮状态,这种失重状态,短时间来尝鲜玩玩还可以,长期下去就不利于生活和工作了,同时也对人体健康不利。
要在太空长期停留,就必须制造人工重力,在当前科学理论下,唯一方法就是利用匀速圆周运动的向心加速度来模拟重力加速度,向心加速度和重力加速度并不完全相同,假如向心加速度真的代替了重力加速度,我们生活在环形自转空间站的内壁之上,与生活在地球表面上相比,日常现象会出现很多细微差别,比如自由下落的东西不再垂直下落到地面,而是出现可觉察到的轨迹偏移和落点(不再有“搬起石头砸到自己的脚”的俗话了),在几层楼的高度内就出现可觉察到的轻重变化(幻想一下,体重超标时,就从一楼爬上二楼,即可成功减肥了,减肥不再痛苦!),沿空间站自转方向的顺向运动就出现可觉察到的超重,逆向运动就出现可觉察到的失重(逆向跑步时即可减轻体重,即时减肥不再是梦!!),沿轴向运动刚正常。
但在失重的太空,在目前科学理论下,向心加速度是模拟重力的最好也是唯一的选择,至少能帮助我们实现上下前后左右。(题外话,在相对论中,直线运动加速度跟重力加速度是等价的相同的,但很显然,我们不能一直处于直线加速中,不然原想停留于某星球的空间站就变成了航行于宇宙中的飞船了,而且肯定没有足够的燃料让飞船一直加速飞行下去。)
自转环形空间站有三个关键参数,一是向心加速度a,决定在模拟重力的大小;二是转速n,决定了人类能否在空间站舒服地生活工作;三是半径r,决定了建造空间站的工程难度。从公式可以看到,该向心加速度a跟空间站半径r和转速n成正比,半径r越大,转速n越快,向心加速度a就越大。
相信大家都玩过坐转椅之类的游戏,你坐在转椅上转上十几十圈,你发现自己头晕脑胀,难分前后左右上下,走路不稳而摔倒地上,所以对旋转空间站就有一个关键问题,就是转速,所以必须找出一个人类普遍可舒适承受的最高转速,在该转速之下,一般人都能适应不会眩晕。