你知道嗎?【太空的邊界是哪?】
#本日冷知識1537
上上週我們講了三位蘇聯太空人不幸在太空罹難的故事。該事故迫使工程師從失敗中學習,並持續改進系統。使後繼者:來自各國的數百名太空人有安全可靠的方式定期往返國際太空站。
但說來奇怪,大多數太空人所到的「太空」,也只是在海拔約 400 公里的國際太空站「而已」,400 公里差不多是把台灣豎起來那麼高。相較於地球這顆直徑 12742 公里的巨球,國際太空站像一隻緊貼著地球臉皮飛的小蚊子。
定義上,太空的邊界是在海拔100 公里的地方,那條想像的界線叫「卡門線」(Kármán line)——太空人其實離家不遠。#當我張開翅膀試圖往夢裡闖
卡門線出自西奧多.馮.卡門先生(Theodore von Kármán, 1881–1963)出生於匈牙利的航空動力學工程師,身為猶太裔的卡門隨後移民美國,在加州參與成立「噴射推進實驗室」,也就是大名鼎鼎的 JPL,現隸屬於 NASA 的超酷組織(火星歸他們家管轄)。
* 德文名字有馮 (von) 不見得代表是貴族。馮卡門的 von 只是指出他來自卡門村。von ≒ from。
卡門本身是超音速飛行、飛機翼型、流體動力學,尤其是紊流方面的泰斗。簡而言之他是造飛機專家,怎麼會管到太空去了呢?
故事要說到底,就得從......牛頓說起!讓我們倒帶,回到西元 1665 年,英國鬧大瘟疫,青年牛頓實行了保持社交距離的防疫措施,就宅在家,看著蘋果掉落忽然就想通了萬有引力原理。天才小神童是想通了啥?原來他是頓悟惹:月亮和蘋果是完全一樣的,在向著地心做自由落體!之所以蘋果會著地,但月亮永遠不會掉下來的差別在於,月亮的橫向(公轉)速度非常非常非常非常之快。
什麼跟什麼,有聽沒有懂 XD 是,牛頓的頓悟超抽象的。幸好多年後,牛頓決定出本科普書解釋他驚天地泣鬼神的萬有引力理論(月亮與蘋果一體適用,故名萬有),想出惹另一個天才比喻,或是說更具體的思想實驗:
▆ 牛頓的砲彈(Newton's cannonball)...... 出自《原理》第 6 頁。
我們一般人沒吃過砲彈也看過大砲走路 (x) 知道砲彈是怎麼一回事 (o)。從砲管飛出的砲彈,會開始受地球重力影響而往下掉,呈拋物線軌跡飛行直到著地。
牛頓請讀者想像在高山山頂有一具性能極佳的大砲,能用任意的高速射出砲彈。由日常經驗我們知道顯然是射速越快射程越遠。而當砲彈超快、極快、有夠快時,會發生有趣的情況:地球是圓的(人類自古希臘甚至更早就知道了),隨著砲彈橫著飛,地球的曲率開始起作用,使地面好像在加速向下遠離砲彈——高中物理課本會教你證明這個貌似存在的加速度的大小是 v^2 / R,其中 v 是速度,R 是曲率半徑,詳解略。
牛頓大神指出,當砲彈速度 v=√(gR) 大約是每秒八公里 (!) 時情況變得大有蹊蹺,儘管砲彈一直在自由落體,但地表也一直在遠離著它,這兩個加速度的量值相同方向相反,使得砲彈只要維持著該速度就永遠不會著地。
在物理上有兩種方式描述這現象——A、重力恰好提供物體繞地心圓周運動的向心力,或B、重力恰與離心力抵銷。兩者敘述彼此等價,只是觀點不同。
我們只要記得重點是國際太空站、月亮、人造衛星、喬治克隆尼和珊卓布拉克......全都像牛頓的砲彈一樣,憑藉著橫向的超高速度而能「一直自由落體,但永遠不會落地」,換言之就是:上軌道(in orbit)啦。
回到卡門,#男人不過是一種消遣的東西有什麼了不起......咳咳,錯頻惹,是我們的航空飛行/空氣動力學專家卡門先生。當年他在認真推敲的問題其實是:
▆ 「一個國家的領空該往上算到多高?」
身為飛行機專家,他知道飛機能維持飛行是靠機翼維持足夠的升力(Lift)以抵抗重力。飛機的升力和幾個因素有關:速度的平方,空氣的密度,還有機翼的面積。蠻直觀的,可以想像機翼是藉由把空氣向下推擠讓自己獲得反作用力向上升。
但不幸的是高空的大氣密度越來越稀薄(具體上是指數衰減—— 90% 空氣分子都聚集在離地表 20 公里內),為了提供足夠升力,飛機的巡航速度就需要越來越快,越來越快,直到某個海拔高度,速度值(呈指數增長)已高到金離譜,和牛頓的砲彈的 √(gR) 速度相差無幾。與其說那還是架飛機,不如說是自帶推進器的火箭。
總而言之,卡門線的初衷就是:「已不算是開飛機那樣靠空氣提供的升力飛行,而是像開外掛 (x) 火箭 (o) 是靠離心力遠離地表」的海拔高度。如果飛機算空軍,火箭算太空軍,卡門線就順理成章的代表太空的邊緣。
當年卡門得到的值差不多是海拔 62 英哩,100 公里的一個概略數字。但他的計算面臨到各式問題:地球的大氣密度其實隨著緯度、季節、溫度、甚至太陽黑子的活躍程度的影響而起起伏伏,不完全符合他簡化版計算中的條件。
因此隨著知識與技術的進步,有人大膽異議說「很可惜,卡門先生算錯了」並提出新的分界提案。例如,美國空軍傳統認定的太空邊界是 50 英哩 = 80 公里的高度。曾經有數種實驗性的「太空飛機」(混合傳統空氣動力學和火箭推進的飛機)突破那個高度,包括有名的X系列火箭飛機——「登月第一人」尼爾.阿姆斯壯便曾經做過 X-15 火箭飛機的試飛員,達到過太空的邊緣。而突破 80 公里的空軍飛行員一樣會獲得太空人的稱號。
大概是醬。科宅這番長篇大論,只希望大家記得一件 Take home message:上太空不只是往上爬一百公里那麼簡單而已。若只單單上拋一百公里,地球引力會立刻讓你像蘋果一樣落回地面。
上太空真正的重點是往橫向加速,只有飆超快,達到水平方向約每秒鐘八公里的東西(參考:國際太空站 = 7.66 km/s。哈伯望遠鏡 = 7.59 km/s)才會維持「牛頓的砲彈」的狀態,待在低地軌道上。
反之亦然,太空人要回到地面,也不是咕咚一聲往下跳就行。他們需要劇烈的減速,主要是利用大氣層的摩擦生熱,把太空和地表的每小時兩萬六千公里的速度差異給磨掉......速度的平方差和動能成正比,這份奢侈的速度需求也是上太空代價辣麼高昂的原因之一喔。
插圖:俄國航太總署的聯盟號(Soyuz)發射太空人和物資到國際太空站的示意圖,你看,關鍵是火箭橫向的推進,就像牛頓老大說的那樣。
同時也有5部Youtube影片,追蹤數超過10萬的網紅親子天下,也在其Youtube影片中提到,「為什麼要學科學啊?生活中又用不到……」「我討厭科學,我都聽不懂……」跟著《小學生STEAM實驗室》作者盧俊良,運用生活素材結合課本上的空氣壓力與力學概念,打造能飛4公尺以上的超強空氣砲,讓孩子從生活中看見科學、喜歡科學,活用科學知識! 現在報名再送佐羅力束口袋→ https://cplink.co...
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空氣砲學習單 在 鬼才阿水Awater Facebook 的精選貼文
不分區立委的影響力,遠比我們認知的還深。
在全國113席的立法委員席次中,不分區立委佔據了34位,將近1/3的數量中,影響了台灣的民生、經濟、軍事、社福等等各式國家主軸走向,立法委員的投票更是直接性決定了台灣的未來。
政黨票的設計目的,主要有以下幾點。
一、 讓選舉脫離選人與選黨的連結,區域立委著重在個人的形象與地方建設,對於價值觀相近的政黨提供選擇空間。
二、 讓選票的價值更一致,現行的選舉規則,選輸的那方得票就只剩下一票30元的補助款價值,變成贏者全拿的模式,導致許多人投票的選擇並非選賢與能,而是選擇會贏的人。
三、 不分區立委並未直接透入地方選舉戰場,代表著政黨的未來意象與形象。
這一點也是讓我特別遺憾與傷痛的。
先來看看這份名單中的人。
前十位名單中平均60.4歲的年齡者,這是一份年輕人毫無出頭機會與表達空間的名單,在世代更迭的過程中,無能的長者佔據高位,尸位素餐,卻不願意學習與真正省視台灣所發生與面臨的困境,終究圖的是個人利益。
不分區第一名 葉毓蘭
在全球都關注的香港黑警暴力中,衝突越演越烈,無論是警察還是民眾的對立日漸加據,在台灣正歡欣鼓舞的慶賀12強棒球賽贏過韓國時,香港的大學正受到暴力的鎮壓,正如1989年6月4日的北京天安門事件一般,這些為了這片土地,為了理想而邁出腳步的人們正在努力著。
葉毓蘭不只為威權政府背書,汙衊香港人民,一昧的討好中共政府。
不分區第二名 曾銘宗
曾銘宗,這位正是之前爛官事件與費鴻泰一搭一唱的對象。
你好大的官威阿包大人。
不分區第四名 吳斯懷
這位反年改大將,曾經為中華民國陸軍中將,相信有當過兵的人都曾問過長官,如今和平的台灣為何需要軍事武力,我們的假想敵究竟是誰,有誰還拿著上千枚的飛彈對著我們國家。
答案相當明瞭,就是中共政府。
吳斯懷領著台灣的薪資俸祿,卻連演都不演了,最經典名言就是【支持統一是犯罪】嗎?
身為退役軍官,大搖大擺地坐在下方聽著習近平的訓話,我不奢求每位退役將官都像日本一樣寧可切腹也不願意投靠對方,但這種自己送上門的,我用盡各種惡毒的言語都不足以形容我對你的憤怒。
我相當慶幸當年我沒有接受家裡安排去從軍。
我認為,在台灣的每個人民都擁有足夠的言論自由,但正是太過自由,導致身為退役將官的他,竟然能夠大言不慚的投共言論,以這種人的權位,一旦深入更多台灣核心,是極有可能將機密資料洩漏給對岸的。
另外聊聊年改議題,這個議題與我家影響極大,我爺爺為823砲兵指揮官而後榮升陸軍少將,我父親也是軍官退伍,年改直接影響了他們的收入,但身為外省第三代的我依然支持,畢竟當國家財政無法負荷時,我們辛苦保衛的這一切也就消失了。
榮譽並不能當飯吃,但當你有著豐衣足食的生活,還選擇將榮譽壓在地上磨擦,我對於你身上的這一身軍服感到羞恥。
不分區第八名 邱毅
前立法委員,不只在中共國慶歡欣鼓舞,更是多次表明台灣不接受中共統一是死路一條。
最近棒球賽在賽場上辛苦比賽的選手們,在前線面對巨大的壓力,無論是美日韓墨澳通通是強勁的對手,但我在轉播時總有一群人,永遠在唱衰台灣代表隊,永遠在後方扯後腿。
而在政治上,邱毅就是最典型代表。
而當年改變台灣政治環境,讓年輕人開始有舞台參政,甚至一手催生時代力量的太陽花運動,其中把太陽花指控為民進黨送香蕉進去給學生補給的。
正是這位大名鼎鼎的邱毅先生。
過去還曾加入新黨,一個更濃厚的統派意味的不分區名單中,哪裡有利益就往那裡跑的風向仔,現代尚書大人。
不分區名單第十名 吳敦義
中國國民黨現任主席,身為一位黨主席,竟將自己放在安全名單中,我不知道該多毫無羞恥心,才會將自己排在安全名單中。
連國民黨中常委連勝文都出來表示,這是一份充滿個人圖利的名單。
吳敦義在國民黨擔任黨主席的時期,去年靠著韓國瑜的神話,成功帶領國民黨取得優異的成績,讓各個縣市給國民黨執政,結果帶給我們的是甚麼?
你發大財了嗎?空氣品質變好了嗎?
好壞始終是比較而來的。
這完全是一份不演的名單,充滿著濃厚的統戰意味,個人利益的盤算與計算,更是一群老人選擇拋棄年輕世代,所出現的名單。
眷村深藍家庭長大的我,深知要長輩投向國民黨以外的政黨是絕對不可能的,但這一次我會用盡一切的力量告訴長輩,你不願意投給民進黨,就請你這次不要出來投票。
我不願被統一,人民活在恐懼之中。
我不願被統一,我想要安穩的生活。
順帶一提,現在中共的政治論調,只要你不支持被統一,你就是搞台獨,沒有維持現狀這件事情,也沒有介在有與沒有之間這件事。
被統一
不願被統一
你選哪一個?
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對於政治內容我極度厭惡,也討厭自己被貼標籤,但既然我選擇做時事評論這一塊,我就不能選擇視而不見,該把我心中的所知所聞分享給大家。
你願意聽就聽,不願意聽就走。
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不分區立委的影響力,遠比我們認知的還深。
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一、 讓選舉脫離選人與選黨的連結,區域立委著重在個人的形象與地方建設,對於價值觀相近的政黨提供選擇空間。
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不分區第一名 葉毓蘭
在全球都關注的香港黑警暴力中,衝突越演越烈,無論是警察還是民眾的對立日漸加據,在台灣正歡欣鼓舞的慶賀12強棒球賽贏過韓國時,香港的大學正受到暴力的鎮壓,正如1989年6月4日的北京天安門事件一般,這些為了這片土地,為了理想而邁出腳步的人們正在努力著。
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放大好奇、勇敢嘗試,
歡迎光臨超好玩的MAKER PARTY實驗基地
分齡設計、跨界探索,展區包含:
1. 超厲害的佐羅力發明展:《怪傑佐羅力》發明實體化,AR體驗X數位互動X科學動能遊戲,感受發明創造的樂趣!
2. 想像力舞台:聽故事、看戲劇、玩音樂,給孩子歡樂的一整天。
3. 3~6歲小小maker孵化器:以有趣安全的方式,啟發無限想像力,小小孩也能當MAKER!
4. 7歲以上STEAM研究區:科學、科技、工程、藝術、數學,百種手作體驗,激發學習樂趣!
5. 創新100未來教育區:展現STEAM教育新面貌、可能的改變,體現創新教育團隊新能量。
6. 線上預約創客工作坊:90分鐘主題式學習,達人帶你當MAKER。
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