《這麼做,就對了!:最ㄎㄧㄤ的生活科學指南》

醒報編輯部 2020/03/17 09:16 點閱 5356 次

我們一生出來並不知道如何做事情。運氣好的話,當我們需要做某件事情時,可以找人來教我們怎麼做。可是,有時候我們必須自己想辦法。意思就是:想點子,然後試著判斷它們是好還是不好。

本書要探討的正是「用搞怪的方法,解決常見的問題」,然後以身試法,看看會發生什麼事情。搞清楚這些方法為什麼行得通(或行不通),既有趣又長知識,有時還會令你稱奇不已。某個點子或許是餿主意,但搞清楚「到底為什麼是餿主意」可能會教你很多東西――說不定還能幫你想到更好的方法。

就算你已經知道做所有這些事情的正確方法,試著用「不知情」的眼光來看待世界,可能也會有幫助。畢竟,任何長大以後「盡人皆知」的事情,光是在美國,每天就有超過1萬人是頭一次得知這些事情。

國際太空站工作人員「偷渡」包裹的方法,是把包裹放進返回地球的載人太空船裡。但是如果短期內沒有返回地球的預定行程,那你只好自己看著辦了。將物體從國際太空站送回地球很容易:只要將物體扔出門外,等著瞧就好了。它總有一天會掉落在地球上。

國際太空站的所在高度只有非常少量的大氣。大氣並不多,卻足以產生微小但可測量的阻力。此阻力遲早會導致物體減速,落入愈來愈低的軌道,最終撞擊大氣層,通常會起火燃燒。

如何從太空寄送包裹

太空人常常一不小心就用這種方式送包裹到地球。在國際太空站工作期間,太空漫步者曾經意外掉落各種雜七雜八的物體,包括鉗子、照相機、工具袋,還有太空人測試時用來塗抹修補膠的刮刀。這些無意中產生的「衛星」,在其軌道衰減之前,每一顆都曾繞行地球數月或數年。

和多年來飄離太空站的所有遺失零件、袋子、任意設備碎片一樣,你拋出門外的包裹也會遭受同樣的命運:它將會脫離軌道、進入大氣層。

這種運送方式有兩大問題:第一,包裹還來不及到達地面,就會在大氣中起火燃燒。第二,如果包裹真的逃過一劫,你也無從得知它會在哪裡降落。為了運送包裹,你必須解決這兩個問題。

首先,我們來看看,如何讓你的包裹原封不動到達地面。

大氣層加熱作用

當東西從太空進入大氣層,通常都會起火燃燒。並不是因為太空有什麼詭異的特性,而是因為軌道上的每樣東西都運行得很「快」。當物體以那樣的速率撞到空氣時,空氣根本來不及閃開。空氣壓縮、變熱、變成電漿,在過程中往往將物體熔化或汽化。

為了避免太空船慘遭摧毀,我們會在前沿加裝防熱板,以吸收重返大氣層所導致的高熱,保護太空船的其餘部分。我們也把防熱板設計成特殊的形狀,這樣有助於在衝擊波和太空船表面之間形成一層氣墊,避免熾熱的電漿接觸船體。

取決物體大小慣性

物體撞擊大氣層的命運,取決於物體本身的大小。 非常大的物體(像房屋那麼大,或更大)具有足夠的慣性貫穿大氣層,以致在減速不太多的情況下撞擊地面。在地上留下隕石坑的正是這些物體。

小型物體(從鵝卵石那麼小到汽車那麼大的任何東西)太小了,以致無法穿透大氣層。當它們撞擊大氣層時,它們會變熱,直到解體、汽化或兩者兼有。有時候,這些物體的碎片得以倖存進入大氣層,有的是因為其他碎片吸收了熱量而保護它們,有的是因為本身的材質禁得起重返大氣層的種種狀況。

但是在過程中,這些碎片會喪失本身的軌道速率,結果以終端速度直直掉落地面。經過解體期間的一陣高熱之後,這種自由落體穿越冰冷的高層大氣要花好幾分鐘,這就是為什麼隕石被發現時通常都很冷。

阿波羅手提箱

阿波羅計畫送了七組太空人登上月球。每一組太空人都帶了大小有如手提箱的「實驗包」,這些實驗包會留在月球表面進行測量、將資訊傳回地球。七個手提箱中,有六個利用鈽的放射性來供電(第一個實驗包在阿波羅11號上,比較簡單。它的電子設備利用太陽能供電,但也利用鈽加熱器來保暖)。

有六組阿波羅太空人在月球上登陸,並且部署他們的手提箱。另一組沒有登陸的,正是著名的阿波羅13號。他們的太空船有一部分發生爆炸,後來中斷任務飛回地球。

既然太空人沒有登上月球,沒辦法將裝有鈽的手提箱留在那裡,只好順便帶回地球。這下問題來了。為了安全返回地球表面而設計的,只有指揮艙。指揮艙的空間只夠容納太空人和他們的樣本。手提箱(以及分開存放的鈽燃料棒)不得不留在難逃一劫的登陸器中。但是萬一裝有鈽的容器破裂,放射性物質就會散播到大氣中。

幸運的是,手提箱背後的工程師早已預料到這種可能性。他們將鈽裝在高強度的燃料桶中,大小、形狀跟小型滅火器差不多,以石墨、鈹、鈦層層保護。即使遭到廢棄的登月小艇其餘部分在燃料桶周圍轟然解體,保護殼也能讓燃料桶在重返大氣層時逃過一劫。

投遞包裹應向後扔

用盡力氣扔包裹,可以提高包裹運送的準確度。用力扔,亦即速率快,可以使包裹更直截了當落到大氣中,不會拖拖拉拉,否則大氣阻力會導致其軌道以很難預測的方式慢慢衰減。

令人驚訝的是,扔的方式竟然不是將包裹向下朝著地球扔,而是應該向後扔。如果將包裹向下扔,它依然有足夠的前進速率留在軌道上(只不過,軌道會有點不一樣)。你要的反而是讓包裹「減」速。

扔包裹愈用力(愈快),它降落時就會愈準。國際太空站以每秒將近8公里的速率運行,但幸運的是,你扔包裹的速率不需要那麼快。只要將國際太空站所在高度的軌道速率「削去」每秒100公尺(因為向後扔),便足以將包裹運送到大氣中。不幸的是,以100公尺/秒的速率扔東西很難。

就算是投球速率最快的投手,也無法突破50公尺/秒。另一方面,高爾夫球飛得夠快。要是高爾夫球選手在國際太空站一旁飄浮著,想必可以將高爾夫球「一桿擊出軌道」。如果你的包裹像高爾夫球那麼大,倒是可以嘗試這種運送方式。

然而,無論包裹扔得多用力、多準,由於飄忽不定的亂流和風,想要以誤差不到幾公里的準確度命中目標,恐怕沒那麼容易。

和平號太空站

2001年3月,和平號太空站(MIR)當時即將重返大氣層。MIR的絕大部分預期會起火燃燒,但是一些較大的太空艙有機會降落在地表。俄羅斯飛行指揮中心的規劃人員試圖計算重返大氣層的時間,好讓太空站在太平洋無人區的上空下降,但沒有人確切知道它會在哪裡降落。

看中了這一點,販賣墨西哥夾餅的連鎖餐廳塔可鐘(Taco Bell)想出獨特的促銷活動:他們在太平洋上布置了一大片浮板,將商標畫在上面當成靶心,如果MIR的任何碎片擊中目標,在美國的每一個人都可以免費獲贈一份墨西哥夾餅。

「太空船之墓」

遺憾的是,最終沒有任何碎片擊中靶心。較大的碎片多半落在40°S160°W附近的海洋上。那片區域遠離陸地,堪稱「太空船之墓」,已有一百多艘太空船的殘骸在該區葬身海底。

儘管許多eBay拍賣商品說得煞有其事,但尚未發現確認的MIR碎片。萬一你真的找到一些碎片,隨時可以拿去加州爾灣市(Irvine)的塔可鐘總部。說不定他們會讓你兌換一份墨西哥夾餅。

衛星膠囊落點難控

美國政府在1960年代,首批美國間諜衛星用的是膠捲相機。拍完照片之後,裝有膠捲(底片)的膠囊會被投返地球。如果一切順利,膠囊會一路受到追蹤,空軍的飛機會用長鉤在空中攔截這些膠囊。

用獎金換回膠囊

計畫永遠趕不上變化。有幾顆膠囊在返回地球途中失控;其中一顆掉落在北極地區的斯瓦巴群島(Svalbard)附近,一直沒找到。1964年初,日冕(Corona)偵察衛星在拍完幾百張照片之後,於軌道上發生故障、毫無回應,重返大氣層時完全失控。政府官員看了焦急萬分,試圖確認它會在何處進入大氣層。最後終於搞清楚,原來它即將降落在委內瑞拉附近的某個地方。

該地區的觀測人員被告知要觀看天空,1964年5月26日,他們看見碎片劃過委內瑞拉沿岸的上空。

官員以為膠囊可能會降落在海上,但其實它掉落在委內瑞拉和哥倫比亞的邊界,被一些農夫發現。他們將膠囊拆開,取出他們在裡頭找到的金碟,並且試圖兜售剩餘的部分。一名農夫竟然用降落傘的線,幫自己的馬做了一套馬具。後來膠囊賣不出去,於是被移交給委內瑞拉當局,他們便通知美國。

截至1964年為止,返回地球的膠囊都標示著「美國」和「機密」,目的是阻止人們打開、取得其中的高度機密貨品。1964年事件發生後,美國改變了標示策略。他們不再恫嚇警告,只是在膠囊上留言(用八種語言):將膠囊攜至最近之美國領事館或大使館,即可獲得獎金。

如果你希望找到包裹的人幫你送交給指定的收件人,最萬無一失的方法就是賄賂。

《這麼做,就對了!:最ㄎㄧㄤ的生活科學指南》
作者:蘭德爾‧門羅

出版社:天下文化

出版日期:2020/01/20