问题

如果一个物种的星球第一宇宙速度大于它们能承受的最高加速度,这个物种还会有航天科技吗?

回答
这是一个非常有趣且具有深远影响的物理和生物学交叉问题!答案是:这个物种很可能不会发展出我们认知意义上的“航天科技”,但它们可能会发展出其他形式的太空探索或利用技术。

让我们来详细分析一下:

首先,理解关键概念:

第一宇宙速度 (v₁): 这是物体在围绕某天体做匀速圆周运动时所需的最低速度,使其能够“绕着”天体运行而不落回天体表面。对于地球来说,这个速度大约是 7.9 公里/秒。这个速度是进入轨道的基本门槛。
最高承受加速度 (a_max): 这是指生物体能够承受的、在一定时间内不会对其生理功能造成不可逆损伤或死亡的最大加速度。这受到生物体的结构、生理极限、重力环境等多种因素影响。例如,战斗机飞行员在训练中会经历几倍于地球重力的加速度(几g),但他们经过训练且有 G 力服的保护。而普通人可能在超过 510g 的加速度下就会失去意识或受伤。

现在,我们来分析“如果一个物种的星球第一宇宙速度大于它们能承受的最高加速度”意味着什么:

这意味着,要达到让物体绕其母星轨道运行所需的速度(第一宇宙速度),这个物种需要经历一个巨大的加速度过程。让我们举个例子来说明:

假设这个星球的半径与地球相似,因此第一宇宙速度也大致是 7.9 公里/秒(7900 米/秒)。
假设这个物种能承受的最大加速度是 10 米/秒²(约为地球重力的 1g)。

那么,要从静止加速到 7900 米/秒,即使以恒定的 1g 加速度加速,也需要:
时间 (t) = 速度 (v) / 加速度 (a) = 7900 m/s / 10 m/s² = 790 秒。

在这个过程中,该物种将经历持续的 1g 加速度。这可能已经接近或超过了它们能承受的极限,而且一旦加速过程稍微延长或者加速度稍大,就会立即超出其生理极限。

重点在于“如何达到第一宇宙速度”

现有航天科技的瓶颈: 我们目前的火箭推进技术,为了在相对短的时间内达到第一宇宙速度,需要产生巨大的推力,这就意味着在升空和加速阶段,宇航员会经历非常高的加速度(通常是几g)。例如,联盟号火箭的起飞和加速阶段,乘员会感受到 34g 的过载。
加速度的累积效应: 即使最终的瞬时加速度在承受范围内,如果加速过程持续时间长,加速度虽然不高,但累积的效应也可能超出生物体的极限。然而,对于达到第一宇宙速度来说,我们通常需要的是高加速度才能在合理时间内完成。

如果这个物种无法承受达到第一宇宙速度所需的加速度,会发生什么?

1. 无法进行常规的轨道飞行:
发射困难: 它们将无法通过像火箭那样,在短时间内将载具加速到轨道速度。任何试图快速加速的尝试都会导致生物体死亡。
轨道维持问题: 即使能够以某种方式达到轨道速度,如果它们的推进系统需要持续提供力来维持这个速度(这与第一宇宙速度的定义不符,但可以理解为更慢的加速过程),它们也可能无法承受长期的低加速度。

2. 航天科技的发展方向会截然不同:
极度缓慢的加速技术: 它们可能需要开发一种极其缓慢且温和的加速技术,使得整个加速过程的平均加速度远低于其承受极限。这可能意味着:
超长的加速时间: 可能需要数天、数周甚至数月才能将载具加速到第一宇宙速度。这会导致对生命维持系统提出极高的要求。
分布式的推进系统: 可能不是一个集中的巨大推力,而是分布在载具上的大量微小推进器,以极其平缓的方式累积速度。
利用外部加速器: 它们可能无法自行制造加速装置,而是依赖某种外部的、非生物能驱动的加速机制。例如,一个巨大的电磁弹射器或者一个围绕星球建造的超长轨道加速器(有点像太空弹射器)。
非轨道式的太空探索:
亚轨道跳跃: 它们可能只会发展出亚轨道飞行技术,即能够飞到非常高的高度,但不足以进入轨道。这可以用于大气层内的探索或短途旅行。
抛射或“投掷”技术: 它们可能会发展出一种将物体以极高初速度“投掷”出去的技术,但这个速度可能不足以进入轨道,而是沿着抛物线轨迹飞行,然后落回星球表面或其他天体。这更像是“弹射”而非“轨道飞行”。
利用天然现象: 它们可能会研究和利用星球自身的引力场、大气层或者其他物理现象来辅助其“旅行”。
太空殖民的可能性降低(常规方式): 传统意义上的太空殖民(例如在轨道空间站或邻近星球上建立基地)需要精确的轨道控制和快速的星际旅行能力,这在无法承受加速度的情况下将变得极其困难。
对“航天”的定义改变: 它们对“航天”的理解可能与我们不同。也许它们更关注利用物理定律进行的“跳跃式”或“抛射式”的太空探索,而非我们熟知的轨道飞行。

3. 生物学和工程学的极端优化:
强化生理结构: 也许这个物种通过基因工程或漫长的演化,发展出了极其强韧的身体结构,能够承受比我们想象中更高的加速度,只是在我们目前的模型中被低估了。但如果真的远超,那依然是个挑战。
“死亡加速”技术: 这是一个有点科幻的设想。也许它们能以某种方式“冷冻”或“暂停”生命,在承受最高加速度时,生物体进入一种“非生命”状态,然后再恢复。但这是否算“航天科技”就另说了。

总结:

如果一个物种的星球第一宇宙速度远大于它们能承受的最高加速度,那么它们不太可能发展出我们今天所知的、基于火箭发射和轨道飞行的航天科技。

它们可能会:

专注于开发极其缓慢但平缓的加速技术。
发展出非轨道式的太空探索方式,如长距离抛射或亚轨道跳跃。
对“航天”的理解和实践与我们截然不同。
或者,在无法克服加速度限制的情况下,其太空探索的范围会非常有限,甚至停留在星球内部或大气层内。

总而言之,这是一个关于技术可行性与生物学限制之间权衡的问题。加速度是实现速度的关键,而速度是进入太空的关键。如果加速度是无法逾越的障碍,那么实现太空活动的方式也必须随之改变。它们更可能成为“太空弹射者”或“轨道跳跃者”,而非“轨道飞行者”。

网友意见

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可以有。

首先,速度和加速度是不一样的物理量,可以用很低的加速度慢慢积累出很大的速度,那不会涉及“身体能承受的加速度限制”。

其次,航天从来就不等于载人航天,发射不载人的卫星和探测器关你物种身体的加速度承受能力什么事?

再者,身体能承受的加速度限制可以改变。这既可以是抗荷服、液体灌注之类,也可以是改造本物种的性状、投送特定阶段胚胎或配子、投送能在目标天体上制造生物的机械设备。以地球生物为例,秀丽隐杆线虫也是多细胞生物,能承受约 3920000 米每二次方秒的加速度。人早期胚胎最初几天的尺寸比秀丽隐杆线虫还小、浸没在液体中,具有远超成年人的加速度承受能力。

题目下的评论不完全切题,题目没有限制航天发射手段为化学火箭。

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