我们能登上月球吗?

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我们能登上月球吗?
当人类实现登月计划时,我们可以肯定地讲:人类是能登上月球的。实际上在很久以前,人类就想象出了很多有趣的登月方式,而许多富于想象力的文学作品也涉及了登月旅行的内容。然而在古老的年代,人类并不了解月球的真实面目,所以把月球看成像印度和埃塞俄比亚一样遥远的地方。
据记载,第一部描述登月旅行的小说是古希腊作家卢森大约在 165 年创作的。小说的主人公利用一对鸟的翅膀飞上了月球。1532 年意大利诗人路德维可·阿里奥斯托写了一部伟大著作,题名为《奥兰多·弗瑞奥索》,其中的主人公是坐着《圣经》故事中的预言家伊里詹所乘坐的那种战车到达月球的。而约翰内斯·开普勒则是使他的主人公在梦中登上月球的,在这个故事中开普勒第一次真实描述了月球的特征,书中描写月球的白天和黑夜相当于地球上的两周。
自从伽利略利用望远镜更细致地观测了外部空间,开阔了人类的视野后,到月球去旅行也就更为人所关注了。英国作家费朗希斯·古德温所著的《月球人》在其逝世后的 1638 年出版。这本书中的主人公是乘坐由几只巨鸟牵引的车到达月球的。不难看出,所有这些虚构的故事都是假定地球和月球之间充满了空气,在那个时代,这种假设被认为是理所当然的。地球上,包括山脉顶端到处都充满了空气,这种现象是不是无止境地向外部空间无限伸展呢?直到 1643 年人们才发现地球上的空气并不是无限扩展和弥漫的。那么人们是怎样发现这一现象的呢?
水能从低处抽到高处,而抽到 10 米高时,就不能再往高处抽了。伽利略对这一现象感到迷惑不解,于是在 1643 年要求他的学生、意大利物理学家伊万格尼斯塔·托里拆利对这一问题进行深入研究。
托里拆利认为这种现象好像是由于伸到水下的泵的空心管中的空气被吸出后形成真空造成的。当一部分空气从管中被吸出后,外界空气就会给井水施加压力,并把水压进空心管中。当泵继续工作时就会有更多的空气被吸出空心管,空心管中的水就被越压越高。当水柱达到 10 米高这个限度时,水柱也产生了一个向下的压力。一方面空气给井水液面以一定的压力,同时泵的空心管中的水柱也对井水产生一定的压力,只有在这两种压力相等的条件下才能使水柱不再升高。
为了检验这个理论托里拆利利用水银进行了实验。由于水银的密度约是水的密度的 13.6 倍,所以如果水银柱与水柱高度相等时,水银柱产生的压力是水柱压力的 13.6 倍。如果空气的压力能压起 10 米高的水柱,它也应该能托起 0.76 米的水银柱。托里拆利将 1.2 米长的试管装满了水银,堵住试管开口倒置在水银槽中。当拿掉试管开口处的活塞后,水银柱开始流出试管,但并没有全部流出,而是在试管内剩下了 0.76 米高的水银柱。显然水银柱向下的压力与空气的压力平衡了。
这一现象首先说明了空气是有重量的,它并非是无质量的蒸气,而是一种实实在在的物质,实实在在的能充满每个角落的微小物质,它是不容忽视的。其次,空气柱能托起 0.76 米的水银柱这个事实说明大气压是有限的,通过这个空气柱的高度和这个柱中的空气质量可精确计算出空气的密度为 0.0013 克/立方厘米,它的密度仅为水的密度的 1/77。如 果大气层的空气密度都是均匀的,那么大气层就仅有 8 公里厚了。
正如事实表明的,大气层中不同高度的空气密度是不相同的。大气层上面的空气对低层的空气产生压力,由于空气比岩石容易压缩,所以低处空气的密度要比高处空气的密度高得多。这一事实后来被法国物理学家布雷兹·达斯科证实了。1648 年,他带着试管和水银在半山腰进行实验。当地到达 1 英里高度时,水银柱的高度应该是海平线测出的高度的 4/5 倍(0.61 米)。但实际测到的水银的高度比预想的偏低,只是偏低的幅度并不很大。当到达海拔较高的地方,空气就变得更稀薄了,而且越高这一变化越厉害。所以大气层比当时人们想象的要厚得多。
即使是大气层的厚度非常大,但在 160 公里的高处也非常稀薄,以至于可以忽略掉。这就是说,当我们从地球上出发,奔向月球时,旅途中要经过 99.95%的真空带。实际上,除了与地球表面紧密相邻的空间有气压外,其他空间只是含有微量物质的真空区。
实际上我们不用仔细研究也能看出这一事实。在托里拆利对大气层进行研究之前,人们一致认为宇宙中到处充满着空气。如果这是真的,月球和其他的物体在空气中往来穿梭时,由于和空气的摩擦作用就会不断地损失能量,那么月球的运动就会越来越慢,直至最后坠落到地球上。同时地球的运动也渐渐减慢直到最后坠入太阳。实际上这一切都没有发生,因此只可能有一种解释,即只有天体在真空中运行才没有能量损失,星体才能在它们各个不同的轨道上运行不止。
由于外层空间是真空的,所以到月球去旅行是非常困难的。我们不能被飞鸟和神龙带到月球上,也不可能依靠魔术战车和梦境到达月球。我们知道,想穿过真空到达月球,最有效的办法就是利用火箭技术。牛顿于 1687 年总结出的运动定律中有一条定理,即如果物体的一部分向某个方向快速运动,则这个物体的其余部分就会向相反方向运动。因此,若一个容器装了能转化为热气体的物质,并且气体能从一个狭窄的开口迅速向下喷放,那么容器本身会向上升高,如果达到足够高的速度,它将能永远离开地球。
1650 年,法国作家塞闰奥多·博格瑞斯在《到月球去旅行》一书中谈到了到月球上去的七种方法。其中六种仅是简单的想象,不可能真正实现。然而第七种方法涉及到了火箭的原理,比牛顿创立这一理论早 35 年。1926 年,美国物理学家罗伯特·胡琴斯·古大德建造并发射了第一个由液体燃料提供能源的火箭模型。这看起来是一件微不足道的小实验,但它却为人类登上月球开辟了道路。终于,在 1969 年 4 月 16 日,美国宇航员内尔·奥登·阿姆斯特朗第一次实现了人类在月球上的行走。人们在登上月球后很快就证明了月球是个没有水、没有空气、没有生命的世界,甚至没有任何迹象表明月球上存在或曾经存在过最简单的
微生物。
月球上的岩石被运回地球用于科学研究,因为月球比地球小得多,月球中心的温度也比地球中心温度低得多,所以月球状态比较稳定,很少发生火山活动。因此,月球表面的岩石存在的时间要比地球上的长得多。实际上,一些月球上的岩石早在 42 亿年前就形成了,这比地球上存在的最古老的岩石还早 5 亿年。

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