据说在100多年前…▷◆-▷,•◆…□△▲“火箭之父•◁■◇”齐奥尔科夫斯基在参观埃菲尔铁塔时◇▲•○◇■,灵光闪现■▽-●-,有了最早的•●☆◆…“太空电梯•▽▼”设想▲○▪▲☆。可惜100多年过去了☆▼△▽,人类建造的最高建筑从300多米的埃菲尔铁塔◁▷…□▷▪“长•△…■▲○”到了828米的哈利法塔•☆☆。
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但是★○☆■▽,这36000千米将近地球直径的3倍△▲……▪■。它要是造成电梯塔麻将胡了2试玩◆▲☆◁,地球都觉得自己会被压垮◆■□△◆。于是抛开高楼这样的造型设计-□◆▼▼,科学家们有了新思路▪=□-★,一些太空电梯的新方案就诞生了●◇■=,比如我们在《流浪地球2》电影中看到的这种设计●◇◁:
我们是不是可以从家里收集一下材料▷•▼,就可以▼☆▪•△★“造★•▪▼▲”一个用…●-□“太空电梯▼-•…▽”模拟装置出来给宝宝玩呢■▪•?
到了约36000千米处降为0▷◁,同时○□▲,这里适合建造庞大的空间站◁☆○◆。《流浪地球2》中设计的太空电梯高90000千米==…,地球上的重力加速度随着海拔高度的增加而减小•●▼•□。我们怎么才能用颗粒积木迭一栋像哈利法塔一样高的建筑呢•▲•○?我们可以把地球想象成一个自带▪▼◆“吸力◁◆☆□▽”的▲-“大磁铁□◆▲”△□,也就是我们常说的□○▷…“地球同步轨道◁…-”的位置-◇★•-。靠近地球的万物都会被拉向地面◁●○•-▪。
在科学家眼里◇▽■,地球是一个保持匀速自传的=▪★“链球运动员◁△…●☆□”•●▼□,给它一个叫◆☆-“配重△▪●▼=”的大球◁▪•△,栓上90000千米长的★○▷…“缆索▽-=…”当链子◁■==…,地球引力就是拉住链球不飞出去的那双▪◆▼☆…•“看不见的手-=•”-☆▽▷▲。我们只要在•▼☆“缆索…★”上需要的位置(这个系统的重心处)造出空间站…□▲。理论上=◇=▲,太空电梯就完成了□◆▪◆。
感兴趣的小朋友们可以来上海儿童博物馆参加▷○▼▼“太空电梯▲•”活动(7月22日科学小讲堂)★▼=…,让我们一起探索太空电梯的原理吧▷▷!扫码可参加活动(7月18日/19日开售)=…。
首先▷△□•,人类没有造出适合做缆索的材料★□=◇▼◆。目前最合适的碳纳米管还在初级研究阶段…□▪•,长度只能达到米级◁★▲。另外-▷,90000千米实在太高了=-◇-▷○,中途会有很多复杂的情况要考虑●▼▲,比如太空垃圾和宇宙辐射造成的意外等等○■◇▲…☆。
电机开动后☆△=◇,主轴(有的设计成一个像伞盖一样的圆盘)快速旋转起来…•▼▼,人会感觉自己被甩出去★●■▷◆◆,并且越飞越高•▽。如果不是安全需要▼◁□=,理论上可以飞到和地面齐平的样子★▷…,并且一直转下去☆□△。
在《流浪地球2》中看起来很像建筑工地的垂直升降机▪▷◆☆◁■,它的基础功能也与我们常见的电梯无异▷-●…▷。电影中为了看起来更炫酷-…◇•▷,开始阶段还用了火箭发动机▼-▪。但科学家们认为▷•▲,真正的太空电梯可以只用太阳能发电等更加环保的能源△◁▲。
地球自转的离心力维持太空电梯受拉结构的主体结构伸直★●□,并通过高轨道的配重物保持平衡▼◁…。其系统重心位于地球同步轨道•-■••△,距离地球海拔约 35786 千米-○▪◁▲。整体轴线指向地心◇●=○,选址赤道▽•◆▷•,是为了使得轴线保持垂直(节选自○-☆-:电影《流浪地球》世界观)•△□◇。
但是○◇-◇◇◆,最近的太空轨道距离地面超过200千米(比如中国空间站的轨道高度离地400千米)◁◆▪○▽▽。人类现在的技术能力☆…●▪,相当于在普通层高的住房空间里▽•◁=•,只能造一个标准颗粒积木块这么高的建筑◇▪▲。
按照这个原理•★△○☆=,生活中也是有不少相似的应用装置的▲◆•。比如☆◁-,我们去游乐园玩○△☆▽▼,经常会看到一类叫◇◁●“飓风飞椅■◆”的装置●=。