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| 2015/05/11 08:09:46瀏覽5770｜回應2｜推薦31 | |
電影《星際效應》快結束時，男主角庫柏從昏迷中醒來，看到窗外一群小孩打棒球。當打者揮棒擊出高飛球，才發現身處在一個圓筒般的未來太空站“Cooper Station”裡：
這個Cooper Station是一種叫做「歐尼爾圓筒」（O’Neill cylinder）的太空站結構，利用圓筒的滾轉產生的離心力來產生人工重力。
問題來了：既然整個太空站在轉動，揮棒擊出的棒球會怎麼飛呢，真的會像電影裡面那樣，筆直地飛到圓筒的另一端，把人家屋頂上的窗戶打破嗎？在地球上的高飛球總是會掉下來，在太空站裡的高飛球會怎麼飛呢？ 答案：電影錯了。嗯，《星際效應》的物理也可能是錯的。 動者恆動。根據牛頓力學，如果不考慮空氣阻力，棒球在太空站的空中飛行時沒有外力作用，它的慣性會讓它等速直線飛行——起碼對在太空站外靜止的人看是這樣的。但是太空站不斷轉動，因此裡面的人反而覺得棒球會轉彎，這叫做「科氏效應」（Coriolis effect）。下面影片裡面的轉盤上有一門炮，轉盤外面的人看到的炮彈是直線飛行，但是跟著轉盤轉動的人眼中的炮彈卻會轉彎，就是這個道理。 在旋轉的太空站裡傳球就像下面的影片，全是變化球。 因為男主角Cooper也跟著太空站轉，他眼中的棒球也不會是直線飛行。從電影裡面目測估算，Cooper Station圓筒的直徑約300公尺。若要產生地球的重力，每分鐘必須旋轉1.7圈，相當於圓筒以每秒54公尺的速度繞中心旋轉。如果棒球擊出的速度是每秒60公尺，那它飛行的軌跡應該會這樣大轉彎：
如果2100年的「星際杯」棒球大賽在旋轉的太空站裡舉行，地球代表隊的成績一定慘不忍睹：地主隊投手投出的每個球都是變化球，擊出的高飛球也是變化球... 離心力雖然可以做得很像重力，但是未來太空站裡的科氏效應卻會產生很多副作用。只要裡面的太空人轉個頭，就會被科氏效應弄的失去平衡。不要說《星際效應》沒有搞對，另一部科幻片的經典《2001太空漫遊》裡面的人工重力也有點問題：
如果這一位做運動的太空人跑的方向與滾動的方向保持一致，那感覺就會和地球上的重力一樣；但是當他跑偏一點、脖子扭一下、打左右勾拳，或是直拳方向太高或太低，都可能會產生科氏效應，讓他頭昏眼花。當然他可能在這裡住得太久，已經習慣了。 PS. 如果你是科幻迷，你可能會知道電視影集《Babylon 5》裡23世紀地球聯軍的太空站Babylon 5，或者是”硬科幻"泰斗Arthur C. Clarke的小說《與拉瑪相會》（Rendezvous with Rama）裡50公里長的巨型外星太空船Rama，都是歐尼爾圓筒的例子。  Arthur C. Clarke的《與拉瑪相會》裡面的插圖。（圖片來源：Rendezvous with Rama） 在科幻電影、小說裡面跟常看到的太空站是這種「史丹福環」（Stanford torus）。照片裡的是《2001太空漫遊》裡面的太空站。  相關文章： 延伸閱讀： 科氏力 :: 國立中央大學物理演示實驗 |
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