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2003-09-01嫦娥奔月的狂想 405 期

Author 作者 李卓翰/任教嘉義大業國中

中秋節快到了,這天人們喜歡到公園或郊外賞月、野餐。的確,自古月亮就如同一種神秘的象徵,我們帶著敬畏的心望著高高的月亮,也不忘替它編造許美麗的傳說,其中娥奔月應該是咱們中國人最家喻戶曉的神話!

傳說中嫦娥是神射手后的妻子,后羿為解除乾旱,射下了天上的九個太陽,因而從西王母那裡得到不死靈藥,可是嫦娥偷吃了靈藥,成仙飛向月宮。然而,在1969年美國太空人阿姆斯登月成功,打破了我們自古相傳的幻想,如今中秋節賞月已不復以往的浪漫氣氛了。不過,若以科學的分析角度探討嫦娥奔月的過程,似乎可以得到一些不同的樂趣!

 

奔月的速度

地球是圓的,相信這已經是一般的常識了,但若是圓的,為什麼人不會掉出去?這個問題大物理學家牛頓已為我們找出答案了,這是因為萬物間都有一種力量在彼此吸引,這就是萬有引力,因此,若我們要脫離地球,就必須先克服地球的引力。

當我們手拿一個物體,再放手讓它自由落下,這時我們觀察到這個物體會以9.8m/s2的加速度落下,這是因為地球吸引它的關係,這個加速度也用一個G來表示,因此我們說一個G值,就是指這個物體受到萬有引力的影響,使得其自由落體的加速度為9.8 m/s2

一般說來,人體能承受的速度大概不會超過9G,否則就會死亡。要承受9G的加速度需要經過特殊的訓練,以及先進的抗G裝備,來減輕人體的負擔。不過,假設娥已經成仙,應付9G的加速度也就沒什麼困難了。

其次,我們要討論地球到月球的距離。月球繞地旋轉,然而繞行軌道並非是一個完美的圓形,而是一個橢圓形,因此就有所謂的近「地」點和遠「地」點。我們假設嫦娥有豐富的天文知識,挑在月球離地球最近的時候出發,那大概有35萬公里。

有了距離和加速度,那我們就可以依照簡單的運動公式:S = V0t + (1/2)at2

V0代表其初速度,a代表其加速度,,代表其距離,初速度應為0,加速度為9×9.8 m/s2,距離是350,000,000m,算出的時間大約是2817秒,也就是嫦娥約花47分鐘就可到月球了。不過,如此一 來,嫦娥到月球時的速度大概是每秒24.8公里,如此驚人的速度,將導致嫦娥無法順利降落到廣寒宮,因此,我們猜想嫦娥大概會在旅程的中間停止加速,進而開始減速,如此一來,當踏到月球的地面時,速度剛好為零,總共需要花費66分鐘,只比一小時多出一點。由於地球表面的海洋產生潮汐,會影響月球與地球間的運動,因此我們與月球的距離越來越遠,假設遠古時代地球與月球沒那麼遠,因此,我們算嫦娥只需花一個小時就可以到月球了。

一個小時到月球,這可說是非常快的速度了,若是走路得要花11年;如果乘坐高速火車不停的朝月亮前進,那也要80天才能到達;如果坐上超音速噴射機不停的飛,還需飛13天半。因此,對於短短一個小時就能飛上月球的嫦娥,這可是天大的好消息,如此我們也不用擔心所謂中途用餐的問題了。

 

途中的難題

因為地球引力的關係,環繞地球的空氣,只能安分地待在地球表面,我們把它叫做大氣層,離地球越遠,吸引力就越弱,因此空氣也越稀薄。嫦娥要奔向月球,首先就得先通過這大氣層。

這可不是件容易的事,在高速運動下,嫦娥和周遭的空氣分子摩擦,會產生大量的熱,若不把這些熱散發出去,嫦娥是會被燒燬、融化的。好吧,我們就假設嫦娥身上穿的衣服具有高效率的隔熱裝置,可以保護嫦娥吧!

在出發的50秒左右,嫦娥會通過對流層,顧名思義,這裡是對流最旺盛的地區,也是天氣現象發生的區域。接下來50秒,會通過平流層,這裡空氣穩定,且有大家都熟悉的臭氧,臭氧保護我們不被紫外線傷害,這也表示嫦娥該在這個時候啟動防紫外線裝置了。再50秒,嫦娥會以更驚人的速度通過中氣層和增溫層,隨著高度不斷增加,空氣會越來越稀薄,嫦娥和空氣摩擦的情況也會獲得好轉,但是隔熱裝置還是不能閒著,因為接下來,嫦娥就要面對宇宙極為懸殊的溫差。 整體而言,在沒被燒掉的前提下,嫦娥約只花150秒就通過大氣層。

我們的宇宙大概在距今150億年前誕生,從大霹靂的高熱,隨著宇宙的膨脹,不斷的降溫,如今宇宙大概只有零下270°C,因此,脫離大氣層的嫦娥,馬上要遇到的問題就是低溫的宇宙環境,不過嫦娥的衣服,既然能隔熱,應該也具有保溫的功效吧。

其次,宇宙沒有大氣,處於真空的環境下,壓力自然特別的低,這對於已經長期適應地球環境的嫦娥可不是件好事,若無保裝備,在如此低壓的環境下,占人體70%含量的水,會因壓力下降,其沸點也會下降,因此嫦娥身上的血液、水分都會變成氣體,把嫦娥的身體漲成一氣球,最後爆破。如果嫦娥的服飾像「嫦娥奔月」圖中所繪,他大概難逃一死。最好的服裝,應該是太空人般的造型,不過這樣就破壞了嫦娥奔月的美感了。
 

嫦娥奔月圖。(富爾特授權使用)


好吧!那麼只得假設嫦娥已經成仙,這可以抵擋氣爆而亡的慘劇,當然也可以抵擋宇宙中防不勝防的宇宙射線了。哦!對了,太空中還沒有氧氣呢,不過這倒容易解決,咱們中國的武學中不是有龜息大法嗎?對成仙的嫦娥來說,閉氣一個多小時更不是問題了。

 

廣寒宮的生活

想想,月球上的生活應該很不容易呢!嫦娥孤單一人到了月球,要吃什麼、穿什麼?看來不得不假定:月球上的廣寒宮早就建好了,裡頭有吃、有喝、有穿,還有空氣可以呼吸,科學家不是早已夢想在月球上建設常設的研究基地嗎?

據說廣寒宮中有棵桂樹,人間的桂樹因花色的不同而分為金桂、銀桂和丹桂,在台灣,屬於灌木的桂樹長得並不高大,卻因台灣四季如春,一年裡有大半時間都會開花;而在大陸北方,桂樹要到八月才會開花,這也是人們俗稱八月為桂月的原因。

廣寒宮既然有水、有氧氣,種棵桂樹也就沒什麼稀奇了。能種桂樹,當然也能種其他的花草樹木,廣寒宮大概是個自給自足的生態系統,種植桂樹等綠色植物,大概是用來產生氧氣、利用二氧化碳的吧!當然了,種植桂樹等植物,也具有觀賞作用,否則生活豈不太枯燥了。

除了桂樹等植物,廣寒宮中還養著一些動物,其中最知名的,就是陪伴嫦娥、忙著搗藥的玉免了。傳說,玉兔搗藥是為了煉製靈藥,這點我倒不太認同,嫦娥既已成仙,還會生病嗎?既然不會生病,還煉什麼藥!所以,我認為月兔搗藥純然是一種運動,在重力如此低的環境,生物體中原本用來支撐身體的骨骼顯得沒什麼用處,因此骨頭中的鈣質會大量流失,得靠大量的運動來減緩流失的速度。我想,嫦娥應該還是夢想有朝一日回到地球吧,到時如何適應地球的重力呢?因此大量的運動是必須的,搗藥就是個不錯的選擇。

 

餘話

自從阿姆斯壯登月成功,找尋不到生物的痕跡,我們對嫦娥的幻想也逐漸破滅消失,不過,以現代科學的角度看娥奔月,也別有一番風趣。嫦娥奔月的神話,距今少說也有幾千年的歷史了,也許月宫的嫦娥在看盡地球上的芸芸眾生後,有所厭煩倦意,所以帶著玉兔一起搬走了。然而,不論搬到何處,我想有個地方嫦娥是絕對不會忘記的,那就是你我的心裡,不是嗎?

 

自從阿姆斯壯一腳踏上月球後,我們對嫦娥的幻想也逐漸消失。(六色科技權使用)