科学探索|如果太空电梯与缆绳断开会如何？如果太空电梯与缆绳断开会如

【科学探索|如果太空电梯与缆绳断开会如何？】北京时间1月25日消息，据国外媒体报道，在Apple TV剧集《基地》的第一集中，有一名恐怖分子试图破坏银河帝国的太空电梯。我们不妨借此机会想象一下太空电梯会涉及哪些物理原理，以及假如太空电梯真的发生了爆炸、可能会有什么后果。
人类似乎很喜欢把东西送到大气层以外，比如天气卫星、空间站、GPS导航卫星、詹姆斯·韦伯望远镜等等。但就目前而言，将物资送入太空的唯一手段仍是利用受控的化学爆炸，俗称“火箭” 。
火箭虽然很酷，但成本高昂、效率偏低。假设我们要将1千克物资送到近地轨道上，距地表约400公里，高度和国际空间站差不多。要想将物体送入轨道，我们要完成两件事。首先，我们要将该物体送到400公里的高度上。但如果只提高海拔高度，物体是无法长时间留在太空中的，很快便会坠落回地球表面。因此要想让其留在近地轨道上，我们必须让物体动起来，而且要动得足够快才行。

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先简单解释几个能量小知识：我们向一个系统中投入的能量（又称为做功）与该系统中的能量变化总和相等。我们可以给不同类型的能量建立数学模型。动能取决于物体的运动速度，物体速度越快、动能越大。重力势能取决于物体与地球之间的距离，因此物体海拔越高、重力势能越大。
因此，假设我们用火箭增加物体的重力势能（将其抬升到正确的高度上）、同时增加其动能（将其加速到足够快）。物体要想沿着轨道旋转，速度其实比高度更重要。物体只有11%的能量归属于引力势能，其余皆为动能。
将仅仅1千克的物体送入轨道，就需要耗费3300万焦耳的能量。而相比之下，如果将一本书从地板上捡起来、放到桌子上，只需耗费10焦耳。可见将物体送入轨道所耗的能量是多么惊人。
但真正的问题其实比这还要棘手。利用化学火箭，真正耗费的不仅是将1千克物体送入轨道的能量，因为火箭还要携带飞至近地轨道所需的燃料。在燃料用完之前，它们只会增加火箭载荷，这意味着火箭发射时需要携带更多燃料才行。在现实中，许多火箭携带的燃料占到了总重量的85%，效率可以说极其低下。
那如果我们不借助化学火箭发射物体，而是拉一根直通太空的缆线、让物体沿着缆线爬升呢？
太空电梯的基础知识
假设我们已经建起了一台400公里高的巨塔。你以为只要坐上电梯、升到塔顶，就能进入太空了对吗？事实可没有这么简单。
首先，这种结构很难用钢铁搭建而成，否则高塔的底部很可能被自身重量压垮，而且耗费的材料量也太过庞大。
但最大的难点还不在这里，速度也是一大难题。（别忘了，必须达到足够的运动速度才能停留在轨道上。）由于地球一直在自转，如果塔的基座位于地球赤道上，位于400公里高度上的塔顶就会处于高速运动状态。地球自转一圈大约需要一天时间，因此角速度约为每秒7.29 x 10-5弧度。
角速度与线速度不同，用于衡量旋转速度。（弧度是衡量旋转大小的单位，与角度是两个不同的概念。）如果两个人在同一根旋转臂上旋转，两者角速度相同（假设均为1弧度每秒），但离旋转中心较远的人移动速度更快。假设其中一人距旋转中心1米，另一人距离中心3米，二者的速度就分别为1m/s和3m/s 。地球自转也是同理，只要距地球足够远，地球自转便能使你达到围绕地球旋转所需的轨道速度。