天文科普:如果在月球上對(duì)著地球開槍,子彈會(huì)落到地球上,對(duì)地球造成傷害嗎?
來(lái)源:悟空問(wèn)答
發(fā)布時(shí)間:2020-05-29
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你想象中的那種情況是不可能發(fā)生的,因?yàn)樽訌棢o(wú)法沿直線飛向地球,并且一顆小小的彈頭,即便被地球引力捕獲而靠近地球,也只會(huì)在大氣層中被燒得灰飛煙滅。

實(shí)際上以子彈的速度來(lái)說(shuō),你瞄準(zhǔn)地球?qū)⑺l(fā)射出去,它根本不可能沿直線飛向地球。

要想在太陽(yáng)系中沿直線飛行,首要前提是擁有極高的速度。

譬如你在月球上朝地球發(fā)射一束激光,它就能徑直到達(dá)地球,甚至可以精確擊中某一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。

人類目前精確測(cè)量地月距離的手段,也正是從位于地球的天文臺(tái)朝安裝在月球表面的“隅角鏡”發(fā)射激光,等到光線被反射回地球后,再通過(guò)耗時(shí)和光速來(lái)計(jì)算距離。

▲阿波羅11號(hào)任務(wù)中安裝的“隅角鏡”。

類似上圖這樣的“隅角鏡”在月球上共有五面,尺寸全都很小,發(fā)射的精準(zhǔn)度可見一斑。

但是,這樣的精準(zhǔn)度是以30萬(wàn)㎞/秒的光速為前提的,以子彈的出膛速度來(lái)說(shuō),你即使站在月球表面朝頭頂?shù)恼戏桨l(fā)射,它也無(wú)法沿直線飛行,朝地球的方向發(fā)射就更不必說(shuō)了。

我們先不考慮太多因素,就假設(shè)子彈能擺脫月球引力,那么它也只能沿螺旋線逐漸遠(yuǎn)離月球,然后在被地球或其他行星的引力捕獲時(shí)改變方向,沿著新的螺旋線墜入捕獲它的行星。

這算是一個(gè)冷知識(shí):任何物質(zhì)在太陽(yáng)系中都不可能沿直線運(yùn)動(dòng),除非它的速度接近于光速。

實(shí)際上,物體本身是永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)的,但只要受到引力的影響,路線就會(huì)被彎曲。

而在太陽(yáng)系的范圍內(nèi),即使距離所有行星都足夠遙遠(yuǎn),也永遠(yuǎn)在太陽(yáng)引力的籠罩中,雖然達(dá)到宇宙第三速度就能擺脫太陽(yáng)引力,但仍然只能沿螺旋線遠(yuǎn)離太陽(yáng)。

▲旅行者1號(hào)和2號(hào)“逃離”太陽(yáng)的軌跡。

明白這一點(diǎn)之后,我們?cè)賮?lái)談?wù)剰脑虑虬l(fā)射的子彈能不能到達(dá)地球。

首先,如果速度足夠快,子彈當(dāng)然是可以到達(dá)地球的,但發(fā)射方向需要經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算,而不是直端端地指著地球開槍,否則它即使能逃離月球引力,你也不知道它最終會(huì)飛到哪里去。

那么,子彈需要達(dá)到多快的速度才能擺脫月球引力呢?

這涉及到兩個(gè)速度:環(huán)繞速度、逃逸速度。

這兩個(gè)速度會(huì)根據(jù)引力強(qiáng)度的不同而不同。

? |?環(huán)繞速度,是指正巧能與天體的引力達(dá)到平衡的慣性速度,它會(huì)使物體既無(wú)法逃離天體,也不會(huì)墜入天體,一直圍繞天體轉(zhuǎn)圈。

? |?逃逸速度,是指能夠擺脫天體引力的慣性速度,但即便如此,物體仍然會(huì)受到引力的影響,因此只能沿彎曲的路徑逃離天體。

▲彈頭在不同速度下的飛行軌跡。

月球的環(huán)繞速度約為1.68千米/秒;逃逸速度約為2.38千米/秒。

也就是說(shuō),如果彈頭初速達(dá)到1.68千米/秒,它會(huì)永遠(yuǎn)環(huán)繞月球運(yùn)動(dòng);只有彈頭初速達(dá)到2.38千米/秒,才能脫離月球的引力。

那么彈頭初速一般是多少呢?

常規(guī)武器的彈頭初速一般只有幾百米/秒,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)繞速度,所以它們必定會(huì)掉回月球表面。

但也有一些特殊彈頭能突破千米的限制,譬如.50口徑的M903 SLAP脫殼穿甲彈,在使用美軍M2HB(勃朗寧)重機(jī)槍來(lái)發(fā)射時(shí),它的初速能達(dá)到1220米/秒。

▲M2HB重機(jī)槍。

1220米/秒雖然沒有達(dá)到環(huán)繞速度,但這是在地球上測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù),考慮到月球沒有空氣阻力,這個(gè)速度勢(shì)必會(huì)有所增加,只不過(guò)具體增加多少,計(jì)算起來(lái)十分復(fù)雜,不過(guò)它的確有那么一線希望達(dá)到1.68千米/秒的環(huán)繞速度,然后一直環(huán)繞月球運(yùn)動(dòng)。

但無(wú)論如何,它的初速絕不可能提高到2.38千米/秒。

綜上所述,就人類目前擁有的槍械而言,在月球上反射一顆子彈是不可能到達(dá)地球的,頂多只能達(dá)到環(huán)繞速度,從而一直圍繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)。

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