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全球首颗“人造月球”将诞生?科学家:中国人造月球项目即将启动

2022年1月12日,今日俄罗斯发布了一条新闻,内容是“China builds artificial moon”(中国建造人造月球),这个新闻不可谓不小,赶紧搜索下国内新闻是否有报道,结果除了一个自媒体的翻译文以外,居然啥都找不到!

“中国人造月球”到底是什么东西?

据今日俄罗斯报道,这个所谓的“人造月球”是一个在地球上模拟月球的低重力环境,并且还不是一个模拟环境,而是一个“真正的球”!

中国矿业大学科学家李瑞林周二发表讲话称,东部城市徐州的人造月球项目预计将在未来几个月内正式启动。李瑞林称这是全球“第一个此类设备”,它将模拟月球环境提升到一个全新的水平。

该实验环境将有一个被抽成真空环境的密封室,内部有一个直径60厘米的“迷你月球”,“月球”主要由岩石与尘埃组成,在“月球”中的重力水平可以做到与月球一致。

当然这个可以调整,可以做到1/6或者让其完全悬浮,在磁场足够强的地方就能做到彻底悬浮,比如一些比较轻的物体,就像青蛙、板栗或者其他生物等。

李瑞林称这个项目将用来模拟月球作业时的设备测试,将在未来月球探测上发挥非常重要的作用,甚至可以防止发生一些代价昂贵的低级计算错误。

反重力的原理又是什么?

估计大家都应该是懵逼的吧,地球上能实现反重力了?神舟十二以及神舟十三以及空间站上的航天员工作时希望拥有重力环境时就已经有科普大V对模拟重力环境与模拟失重环境有过非常详尽的描述。

在太空模拟引力环境只有一个办法,利用大型回转机构转动的“离心力”来模拟引力,从理论上来看只要结构足够大与重力环境并没有区别,而且还能用不同转速调整“重力”大小。

中国科学院力学研究所国家微重力实验室落塔

那么在地球上模拟失重环境呢?方法倒是挺多的,但都有一个缺点,就是时间很短!比如自由落体塔,或者零重力飞机,在起落过程中模拟失重,这两种可以100%模拟出太空失重的环境,但时间很短,比如自由落体塔的时间是根据高程可以计算的,还要减去减速缓冲的时间。

零重力飞机只能在飞机爬升的末端与下降的初段实现零重力环境,时间同样很短,只有几十秒而已。

还有一种则是在大型水池中,利用浮力与重力相等来模拟水中“失重”悬浮的状态,这种状态是在“潜水宇航服”中仍然是存在重力的,只能模拟部分环境。

除此以外地球上实现失重环境的方法就没有了,难道还能用磁场来对抗地球的引力环境,实现零重力?也就是反重力现象?

磁悬浮:模拟失重?

从中国矿业大学科学家李瑞林的说法来看,用的是磁场模拟,那么就只有一种可能了,也就是超导磁悬浮模式,各位一定还记得那只磁悬浮青蛙,但相信很多朋友却搞不清楚为什么青蛙这种动物也能悬浮起来,难道超导真的能反重力?

利用磁场同性排斥的原理制造一个磁悬浮的地球仪难度应该不高,比如利用地球仪周围遍布同N极磁铁(向外侧)并且每隔一圈磁铁中放置一个S极的磁铁,而下方悬浮板也同样这样操作,但排列的都是N极朝上的磁铁,那么一个悬浮地球仪就诞生了,并且不会滚丢,因为地球仪中夹杂的S极与N极相吸定位,而N极排斥悬浮,只要地球仪的总质量小于排斥力,那么地球仪就能悬浮。

那么一只青蛙又是如何实现悬浮的呢?

我们知道超导体可以在磁场中悬浮,显然超导体不是一个磁铁,所以不存在所谓的同极性排斥这种蒙混过关的问题,那么超导体到底是怎么悬浮的呢?

因为超导体是是一个完全抗磁性的物体,要保持内部无磁通通过,那么会在强磁场作用下超导体表面会产生感生电流,这个干甚电流会产生一个和外界磁场相反方向的磁场,与外磁场产生的磁性刚好抵消,假如这里排斥力等于其质量产生的重力,那么这个物体也就悬浮起来了。

说到底还是同极排斥的原理,但这是超导体,又不是青蛙,为什么动物也可以呢?因为生物体中含有水,而水同样是抗磁性物质,它同样可以磁悬浮,不过水的原理和上文稍有区别,但结果却是相同的。

水的磁悬浮

所以才有人把虫子、草莓以及板栗与番茄还有水等放到强磁场中来实现磁悬浮,从理论上来看,只要磁场足够强,人躺在上面也能浮起来,但有没有危险不太好说,比如有科学家Silbert就曾研究过人体暴露在超强稳态磁场中时,大脑运动皮层中的运动诱发电位呈现出暂时性的显著降低,这可能是磁场通过对静息运动阈值的调节从而改变了膜的兴奋性。

可能会导致心率波动,以及血压以及呼吸等受到影响,但后果如何估计没有人能回答,毕竟真的没有人尝试过这样的环境。

人造月球环境:问题很多

上文我们看到了自由抗磁性物质才能在强磁场下产生悬浮效果,要是铁磁物质那就完蛋了,不仅不能“反重力”,反而会变成超重,所以这样的模拟环境并不是真正的失重环境,而是某些物质能在这里模拟出失重的感觉。

想要模拟任何物质的失重环境,在未来发现引力子后也许能想出其他办法来,就现在的技术而言,只能用自由落体塔或者零重力飞机了!