Question

为什么科幻电影中的空间站和现实中的形状截然不同？

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Answer 1

人类要探索宇宙，就必须要借助于航天器，而在人类所制造的各种航天器之中，有一个体型庞大的家伙叫做空间站。

空间站本质上也是航天器，与一般的航天器不同，空间站通常体型庞大，长期运行于近地轨道之中，可以为宇航员提供长期工作和生活的条件，空间站不仅体型庞大、而且功能众多，合理利用空间站可以帮助人类开展更为深入的宇宙研究项目。

在现实世界中，国际空间站无人不知，而在科幻世界里，空间站同样是不可或缺的。有意思的是，在科幻世界之中，空间站的外形虽然多种多样，但都呈现出圆盘状的外观，而且这个巨大的圆盘始终处于旋转之中，而在现实世界里，空间站既不是圆盘状，也不会旋转，为什么会这样呢？

首先，先让我们来看看现实世界。

在现实世界之中，每当我们通过纪录片看到宇航员在空间站或其它航天器中工作和生活的情景时，最明显的感觉就是“失重”。宇航员通常会在航天器中以飘浮的方式移动，这是因为航天器中是一种微重力的环境。

在这样的环境之下，不但感受不到重力，而且也不存在方向。对于生活在地球上的我们而言，上与下是清晰而分明的，这完全是因为重力的作用，重力的方向即为下，而与之相反的方向则为上，无论生活在南半球还是北半球，这一点都无不同。但是在航天器之中，由于重力并不存在，所以方向也不存在，在失重的宇宙空间中，是没有上下之分的。而在这样的环境之下，长期生存是非常困难的。

迄今为止，连续在太空生活时间最长的宇航员是斯科特·凯利，他在太空中连续生活了340天，成就了NASA的“最长宇宙计划”。

这其实是一项极具难度的挑战，人类为什么无法长期在空间站中工作和生活呢？一方面就是在失重的环境下行动极为不便，第二则是失重的环境会直接影响到人的身体健康，会引发骨质疏松等一系列健康问题，长期在太空中工作和生活的宇航员在初回地球时，走路都会出现问题。

那么是否有什么办法可以解决这一问题呢？当然有，那就是把空间站建造成圆盘状的，并让它旋转起来。其实，科幻电影中的圆盘状空间站并不是随意的想象，而是未来空间站的真实写照，只有把空间站建成这个样子，人类才能够长期在上面工作和生活而不会产生任何问题。

空间站之所以要建造成圆盘状的，就是为了用来模拟地球上的重力，让生活在空间站中的人感觉和在地球上并无不同。

圆盘状的空间站是如何模拟地球重力的呢？其实很简单，当这个圆盘旋转起来的时候，就会产生一个向外的离心力，通过调节圆盘的转速来控制离心力的大小，从而模拟地球重力。由于离心力的方向是向外的，所以当人处于圆盘之中的时候，靠近空间站外侧的墙壁则为地面，而朝向圆盘中心的方向则为顶部，简单来讲，就是圆盘外侧为下，圆盘内侧为上。

通过离心力模拟重力，处于空间站之中的人便可以以外侧为地面进行活动，与身处于地球之上并无不同。既然圆盘状的空间站如此好，为什么现在不建造这样的空间站呢？

要建造可旋转的圆盘状空间站面临着很多技术难题。

首先一个难题就是圆盘状的空间站必须要足够大。如果圆盘过小，虽然可以产生离心力，但是无法模拟正常的地球生存环境，人会产生眩晕感。而既要产生离心力，又不能让人有旋转的感觉，就要求这个圆盘的大小至少要达到一公里以上。

要制造如此巨大的空间站，难度可想而知，就算抛开技术难度不提，所耗也是巨大的。而就人类目前所能够进行的宇宙研究项目而言，花费如此巨资来建造空间站，其实是没有必要的。随着科学的进步，科幻作品中的很多事物都在逐渐变为现实，而圆盘状的旋转空间站也是如此，虽然我们现在还没有能力也没有必要去建造它们，但在未来，可以预见，圆盘状的空间站终会面世。