題:
宇航員可以用槍安全地射擊太陽嗎?
Cees Timmerman
2018-03-28 23:07:00 UTC
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我對這部漫畫持懷疑態度:

T-Rex claims an astronaut with a gun can shoot the Sun

我認為子彈的速度微不足道到太陽周圍的軌道速度,但是如果宇航員不落入太陽,這有可能嗎?也許使用現有的火箭炮?

參見本·博瓦(Ben Bova)的《善意的人》,美國和蘇聯軍隊在月球上進行槍戰,然後必須合作,因為流浪子彈進入月球軌道較低。 http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?540869
@RussellBorogove如果您已經跌入陽光中,很可能射入陽光,因此是安全性要求。
我想知道引力是否會輔助地球,月球以及其他可能的行星,從而導致子彈相對於太陽的速度變慢並改變其軌道,從而使其進入攔截太陽的軌道。從相對較低的地球軌道僅需要超過3 km / s的增量v即可實現[跨月注入](https://en.wikipedia.org/wiki/Trans-lunar_injection)。從月球發射子彈可能是一個更好的起點。到達太陽可能要花費數年或數十年,但可能嗎?
什麼才算是“到達太陽”?擊中了色球層?光球?
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幾兆米的軌跡差異幾乎可以忽略不計,命中大氣層與核心之間的差異也不是什麼。如果您有這種想法,請不要嘗試火星探測或月球射擊。 (-:由於摩擦會導致動能損失,使子彈進入軌道,引力是使軌道進入軌道的軌道,其作用力取決於子彈在近日點具有多少動能。已經襲擊了太陽大氣層,並再次向後退去,所以什麼仍然是“到達太陽”尚不清楚。
九 答案:
Russell Borogove
2018-03-28 23:19:47 UTC
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地球圍繞太陽的軌道速度約為30km / s。從地球運動框架附近發射子彈(例如從低地球軌道發射)以擊中太陽將需要抵消大部分速度-約為普通步槍子彈速度的25倍。這可以通過具有非常長的槍管和非常小的子彈的專用武器來實現,但是不能通過任何“現成的”東西來實現。

由於要抵消的軌道速度垂直於朝向太陽的方向,因此子彈需要朝相反的方向發射-沿地球軌道“向後”,這是違反直覺的,而不是直接朝著太陽。一旦脫離地球的重力影響範圍,子彈將相對於太陽幾乎靜止不動,然後太陽的引力將其直接向下拉。

由於保持了動力,宇航員朝著與子彈相反的方向射擊了這種槍;由於我們假設的是非常小的子彈,因此宇航員的質量可能是子彈的100,000倍,因此在相反的方向上每秒只能拾起一米的速度-如果有很大的衝動,但不是危險的宇航員正期待著它(如果設計的槍支可以使其重心對準而不是與肩膀對準,這會引起旋轉)。

評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](https://chat.stackexchange.com/rooms/75419/discussion-on-answer-by-russell-borogove-could-an-astronaut-safely-shoot-the-sun) 。
Jens
2018-03-28 23:34:03 UTC
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T-Rex的小腦袋忽略了科里奧利力。如果宇航員將槍對準太陽並射中子彈,那將是驚人的錯過。地球的軌道運動使橫向運動的速度約為30 km / s。

取決於您如何解決在太陽下扔東西的問題(放射性廢物和子彈是同一問題),您要么需要擺脫角動量,動量或速度(同樣,基本上是相同的問題:$ \ Delta v $)。 :他們沒有製定太空計劃,也無法偏轉那塊大石頭來吸引他們。智人有一個太空程序,並且在岩石問題上有裂痕:-)

評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](https://chat.stackexchange.com/rooms/75417/discussion-on-answer-by-jens-could-an-astronaut-safely-shoot-the-sun-with-一把槍)。
Cees Timmerman
2018-03-29 00:39:54 UTC
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保持安全(即不要掉入陽光下)需要繞行軌道。根據行星的軌道速度

天王星是第二慢的行星,其軌道速度為6.81 km / s。這相當於每小時15233英里。

海王星以5.43 km / s或每小時12146英里的速度繞太陽運行。儘管這是一個非常高的速度,但海王星的軌道速度仍然是所有行星中最慢的。

如其他答案所指出的那樣,子彈必須抵消相對速度。 根據NASA:

大多數現代步槍的速度限於2 km / s(4,500 mi / h)以下。 WSTF HVI兩段式輕氣槍發射器使用高度壓縮的氫氣以超過7.5 km / s(16,800 mi / h)的速度加速彈丸。這些速度模擬了粒子對航天器以及衛星材料和組件的影響。

例如,槍口速度為975 m / s的 .223 AR-15槍口必須最多射擊一次(氣壓不足會提高槍口速度)(重力常數(m 3 sup>⋅kg -1 sup>⋅s -2 sup>)太陽質量的6.674e-11倍(kg)1.98855e30除以975 2 sup>)距離太陽139,609,022,485.207公里,即933.23 AU,是海王星的31倍,但在 Sedna

按照跟進漫畫的建議,拍攝其他星星會更容易:

Shoot other stars!

Brock Adams
2018-03-29 12:18:05 UTC
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是的,您可以用普通的步槍射擊太陽,是的,這很危險。

儘管典型的步槍的槍口速度遠不及擊中太陽所需的delta-v。 >(從低地球軌道大約30 km / s) sup>,這就是我們彈弓機動的作用

重力協助就是我們所有太空探測器如何到達任何地方。因此,我們進取的恐龍只需要計算一個目標來關閉附近的月亮或行星-即可開始彈弓軌跡,最終彈向太陽。

因為子彈無法進行任何航向校正,並且因為子彈太陽風將更容易導致其偏轉,因此目標計算必須更加精確。

任何能同時進行這些計算並投入不小的資源來發射子彈的宇航員(人類或恐龍)確實是危險的生物。

為什麼射太陽會很危險?
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難道典型的子彈不比典型的航天器密度大,因此受太陽風的影響要小得多嗎?
@Sean,不僅是密度。這是質量,暴露時間以及子彈接近太陽時強度急劇增加的原因(比也設計有這種效果的航向校正航天器更近,更近)。將子彈想像成彗星尾巴的額外堅硬一點。它不會移動得那麼多或不會發出明亮的光(直到為時已晚),但是如果不加以考慮,這種效果可能會導致遺漏。
Graham
2018-03-29 16:41:25 UTC
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是的,儘管有困難,但有可能,並且沒有風險。

射擊時,宇航員必須在子彈接近太陽時允許角動量的變化,這就是科里奧利效應。宇航員,槍支和子彈目前都在繞太陽運行的軌道上,他需要確保子彈確實到達那裡。如果他錯過了太陽,那麼他將創造一個小的金屬彗星。這需要一些認真的數字運算才能獲得正確的軌跡。但是,這不是危險-在太陽周圍各種軌跡上,有各種大小的流星(從字面上看,我們不知道有多少!)。一顆子彈在這裡沒什麼大不了的。

宇航員還必須確保別的東西不會在那兒攔截子彈。這將需要一些重要的計算。如果宇航員在地球附近,她將需要確保它具有逃逸速度才能離開地球軌道。她還需要檢查其彈跳過程中,子彈距離水星或金星的引力是否足夠近以至於無法將其捕獲。她將需要檢查所有行星重力對子彈路徑的影響。這使得數字運算更加困難。即使子彈遠離水星和金星,設置軌跡以允許行星重力的困難也會增加錯過命中的可能性。仍然沒有風險。

然後我們有風險從槍支中抽射宇航員。槍後坐的原因是後膛是密封的。這迫使所有在爆炸中產生的氣體從前部散出,推動彈丸。這樣可以使彈丸獲得最大能量,因此速度更快。設計沒有密封後膛的無後坐力太空槍是完全可能的-爆炸產生的能量只有一半會用來推動彈丸,但是如果優先考慮的是阻止宇航員向後射擊,那麼這不是問題。本質上,您會擁有一個小的火箭筒。當然,您需要重新設計彈藥筒-最有可能的結果是,您最終會使用微型火箭,而不是目前設計的帶有可拋棄底座的固體彈丸和推進劑。

用這樣的槍,宇航員可以安全地射擊任何東西,而不會後坐向任意方向射擊。當然,他確實存在使排氣遠離自己的問題,但是可以通過將槍支放置在肩部安裝(例如火箭筒)上而不是手持來解決。當然,他還存在一個潛在問題,即雜散射彈進入軌道並在小行星/月球/行星的未來一圈撞到他,但這是一個單獨的問題。

如果沒有專門設計的槍,宇航員將需要確保她反對後坐力。將噴槍安裝在重心可確保其被乾淨地向後驅動,而不會旋轉。然後,一個 MMU包會讓她減速並返回原位。這很棘手,但並非不可能。即使沒有將槍安裝在她的重心上,MMU仍可以使它從旋轉中恢復過來,儘管很難為下一槍再次穩定自己。

最後,我們冒著被子彈擊中太陽的危險。 《新科學家》認為直接流星襲擊的影響是驚人的,但他們沒有提到對太陽存在生存風險。基於此,小金屬物體對太陽大小(質量為1.989×10 ^ 30kg,謝謝Google)的影響可以忽略不計。

空間很大,因此不太可能很好地撞擊重力較小的物體。為了避免行星干擾,應該以與其軌道成90度角的軌道運行。
Machavity
2018-03-30 20:09:27 UTC
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值得注意的是,他們發表了後續漫畫,其中基本上說出了其他答案所涵蓋的內容,這實際上是不可能的(儘管確實提高了人們希望拍攝的希望其他星星,但這是另一個問題)

enter image description here

圖片上面有文字

如果您要說的話,等等,我將製造一門能發射較小彈的子彈來解決這個問題,恭喜您,您剛剛發明了多級火箭。

Pere
2018-03-29 16:47:04 UTC
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是的,有可能,但是宇航員必須仔細選擇其射擊點。

從魯塞爾·布羅格羅夫(Rusell Boorgrove)的正確答案得出,地球的軌道速度比子彈快25倍。因此,宇航員的飛行軌道必須慢25倍。對於給定的離心率,軌道速度與軌道主軸的平方根成反比。因此,假設地球軌道的偏心率相同(接近圓形),宇航員可以將其置於半徑為625 AU的太陽周圍的圓形軌道中,遠遠超出了柯伊伯帶。

我沒有做過數學,但是如果宇航員處在橢圓形軌道的遠地點,則可以從稍遠的地方射擊。

有趣的是,最簡單的方法是從表面射擊地球物體靠近並直接向目標射擊,但是射擊太陽的唯一方法似乎已經很遠了,以直角射擊並等待幾個世紀後子彈落入目標。


編輯,在對該片段提出質疑之後,發表評論“等待幾個世紀後子彈落入它(太陽)。”

根據開普勒第三定律,子彈需要的時間靜止落入太陽與$ R ^ {3/2} $成正比。然後,假設靜止的子彈從1 AU(地球軌道)跌落到太陽需要65天,從625 AU跌落將需要:

$ 65·625 ^ {3/2 } = 1015625天= 2780.63年$$

因此,句子“等幾個世紀”可以替換為“等27.8個世紀”。

注意:我所用的65天數據也可以根據開普勒第三定律(僅將自由落體與地球軌道進行比較)得出的評論:.5 ^(3/2)* 365.25 / 2 = 64.56。

我懷疑您是否可以在不調整軌道速度的情況下從地球軌道發射建築物。
當然,您不能從地球軌道發射太陽。由於這個原因,答案提出了繞太陽大的軌道。
@CeesTimmerman而且您不能從地球軌道上用槍射擊建築物,但這與答案無關,不是嗎?
[65天](https://www.reddit.com/r/askscience/comments/1pqoqh/if_the_earths_orbital_velocity_was_reduced_to_0/)應該足以使子彈從1 AU掉入太陽。
但是首先您需要停止子彈。您無法用槍來阻止它,因為地球比槍快得多。
假設存在未指定的變量。我想知道“要等幾個世紀,子彈才能掉進去”。
Selene Routley
2018-03-30 07:40:32 UTC
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是的,從理論上講,宇航員可以射向太陽。我希望以與其他幾個回答者完全相同的方式回答這個問題,但是我相信有一個更簡潔的解釋對於本網站的讀者來說更直觀。可以調用“科里奧利效應”,但這是處理事情的一種抽象且複雜的方式。可以通過保持角動量和簡單地“使最初處於爆炸狀態的子彈繞軌道運動”的思想,進行相同的淨解釋,即牛頓定律暗示這種情況的替代解釋。太陽軌道”。用最簡單的話來說,我們只需要用武器在子彈上賦予delta-V,就可以使子彈從最初穩定的,幾乎是圓形的太陽軌道脫離軌道。

發射後,子彈繞太陽的軌道角動量保持不變。人們可以計算出軌道角動量,該角動量是與太陽的半徑和與之成直角的子彈速度分量的乘積。角動量矢量指向垂直於軌道平面的點。無論在此點之後發生什麼,該角速度矢量-方向和大小-都保持恆定,因為子彈沒有進行任何交互作用來改變此矢量。因此,子彈不能離開軌道平面,而且,當子彈靠近太陽時,其切線速度會增加,從而使角動量大小保持恆定。

因此,除非子彈沒有進入軌道,否則它將錯過太陽。角動量很小。不一定非要這樣,因為太陽是一個非零尺寸的目標,但是出於所有實際目的,太陽很小,我們必須完全使軌道脫離軌道,以便它可以落入太陽中。這就意味著賦予delta-V幾乎可以完全抵消地球相對於太陽的每秒30公里的切線速度。

因此,我們的delta-V大致是每秒30公里。

我們的子彈可能重10或15克。這就造成了很大的後坐力。實際上,一名150公斤重的宇航員(裝備齊全)將在與子彈相反的方向上經歷每秒約3米的ΔV。射擊者的武器需要在其衣服中得到很好的支撐,以避免發射造成嚴重的組織傷害。

Acccumulation
2018-03-30 03:07:44 UTC
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如果“射擊”是指“將一顆子彈推入太陽”,那麼是的。 Voyager探測器已達到逃逸速度,抵消軌道速度所需的能量可與逃逸速度的能量相提並論,因此,有可能製造出能夠飛入陽光中並向其發射子彈的飛船

如果您的意思是“用普通槍射擊”,而您只要求在不違反物理定律的情況下進行射擊,那顯然是有可能的。物理學上沒有什麼能阻止飛船抵消其軌道運動,宇航員向太陽射擊,然後飛船加速回升至軌道速度。

現在,如果您想用普通槍射擊在目前的技術水平上,要困難得多。我們需要三件事:擺脫軌道速度,離太陽足夠近以瞄準,然後回到軌道速度。據我所知,神槍手可以擊打幾公里外的人形物體。在太空中瞄準可能更容易,所以可以說,神槍手可以在10公里以外的地方擊中100萬目標。這是10k的比率,所以宇航員應該能夠從直徑的1萬倍乘以太陽,大約是一百萬公里。這就是100億公里的距離,大約是地球到太陽的距離的100倍。所以那部分看起來不錯。

旅行者的體重約為一噸,約為人的十倍。因此,人的下降軌道速度應大致與航海家的速度相當(會有航海者使用重力輔助的複雜情況)。但是,我們還必須包括足夠的燃料才能返回地球。根據本文,航海家中有72%是燃料,因此燃料是有效載荷的四倍。根據本文,旅行者號的成本為8.65億美元,因此,如果我們需要四倍的燃料才能取回燃料,而成本與燃料成正比,則約為35億美元。將燃料增加四倍可能會使成本增加不到四倍,而Voyager擁有很多成本,而Voyager卻沒有,但是有很多成本(Voyager並沒有試圖讓某人活著)。因此,作為一個數量級的估計,似乎要花費大約十億美元。因此:可能,但是非常昂貴。


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