วิดีโอ

สรุป

เราเป็นนักโทษบนโลก จักรวาลเยาะเย้ยเราด้วยการเผยให้เห็นทุกสถานที่ที่เราไม่เคยได้ไป

แต่ถ้าสายพันธุ์ของเราต้องการที่จะมีในอนาคตระยะยาวเราจะต้องหลบหนีคุกโลกของเรา

แต่สิ่งที่ทำให้เราติดแหง็กอยู่ที่นี่คืออะไร?

กลายเป็นว่า เราเป็นหนี้จักรวาล 4.5 พันล้านปี

[เพลง]

ทุกอย่างที่มีมวลในจักรวาลดึงดูดสิ่งอื่น ๆ ที่มีมวล

เราเรียกปรากฏการณ์นี้ ‘แรงโน้มถ่วง’

ยิ่งคุณอยู่ใกล้ชิดมวลก้อนใหญ่ แรงดึงดูดยิ่งมีมาก

หรือถูกดูดเข้าหาด้วยแรงที่แข็งแกร่ง

สิ่งนี้เหมือนกับดักให้เราติดแหง็กอยู่บนโลก

นึกภาพว่าเราเป็นนักโทษในคุกแรงโน้มถ่วงหรือบ่อแรงโน้มถ่วง

ที่จริงมันไม่ได้เป็นบ่อ แต่เป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ที่จะเข้าใจวิธีการทำงานนี้

การอยู่ในคุกแรงโน้มถ่วงหมายความว่าคุณเป็นหนี้พลังงานแรงโน้มถ่วง

แต่คุณสามารถเป็นหนี้พลังงานได้ยังไงกัน?

เพราะในจักรวาลของเรา สิ่งต่างๆ ไม่ต้องการที่จะเปลี่ยนความเร็วหรือทิศทางของพวกมัน

เพื่อโน้มน้าวให้พวกมันย้ายที่ คุณจะต้องใช้จ่ายพลังงาน

หลายพันล้านปีที่ผ่านมา แรงดึงดูดได้ดูดฝุ่นล้านล้านล้านล้านอนุภาค

ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ของเรา จนพวกมันเกิดเป็นดาวเคราะห์ขึ้นมา

กระบวนการนี้จะใช้พลังงานและสร้างบ่อแรงโน้มถ่วงที่เรากลายเป็นส่วนหนึ่งอยู่ตอนนี้

ยิ่งคุณอยู่ในบ่อแรงโน้มถ่วงลึกมากเท่าใด, พลังงานที่คุณเป็นหนี้แรงโน้มถ่วงก็มากขึ้นเท่านั้น

ถ้าคุณไม่ได้หาวิธีที่ที่จะได้พลังงานมากพอแล้ว คุณจะไม่สามารถที่จะออกมาได้

เพราะอะตอมของคุณเคยเป็นส่วนหนึ่งของฝุ่นละอองที่จักรวาลใช้จ่ายพลังงานในการที่จะเป็นสถานที่นี้

ตกลง. อืม … ขอสรุปทั้งหมดอีกครั้ง

วัตถุในจักรวาลไม่ชอบจะย้ายที่ คุณจะต้องทำให้พวกมันย้ายที่ด้วยพลังงาน

แรงโน้มถ่วงใช้พลังงานที่โน้มน้าวให้ชิ้นส่วนของโลกเราเคลื่อนที่ไปด้วยกัน

สิ่งนี้สร้างคุกแรงโน้มถ่วงในกระบวนการ ทำให้เราติดแหง็กด้วย

การที่จะหลบหนีออกมา เราต้องจ่ายด้วยพลังงาน

ตกลง. เราจะทำอย่างนั้นได้อย่างไร?

เพื่อให้ได้ออกมาสู่อวกาศ เราจะต้องไปผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนของการแลกเปลี่ยนพลังงาน

เพื่อเป้าหมายนี้ เราสร้างเครื่องพลังงานชดใช้เชิงลบ

รู้จักกันในชื่อที่น่าเบื่อมาก คือ ‘จรวด’

จรวดทำงานโดยใช้การเกิดปฏิกิริยาทางเคมีบางอย่างที่ให้พลังมากที่สุดที่มนุษย์ได้มีความรู้มา

เพื่อเผาผลาญเชื้อเพลิงในทางที่ควบคุมได้

นี่จะแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานจลน์

ไอเสียของการเกิดปฏิกิริยาพุ่งออกภายนอก

และผลักดันจรวดออกไปจากโลก

เรากำลังเพิ่มพลังงานศักย์โน้มถ่วงของเราโดยใช้พลังงานจำนวนมาก

ซึ่งเป็นวิธีที่ซับซ้อนที่จะบอกว่าเราจะจ่ายคืนหนี้พลังงานสู่แรงโน้มถ่วง

แต่เรื่องจริงมันเป็นมากกว่านั้น

เมื่อคุณเผาผลาญเชื้อเพลิงเพื่อขึ้นสู่วงโคจร คุณเสียพลังงานจำนวนมากเป็นความร้อน ไอเสีย และแรงเสียดจากบรรยากาศ

ดังนั้นแท้จริงแล้วคุณจึงต้องการพลังงานมากขึ้นอีก

และคุณไม่สามารถแค่เอาสารกัมมันตรังสีจำนวนมากที่ระเบิดจริงได้และอันตรายต่อคุณ

มากองอยู่ใกล้ๆ สิ่งที่คุณบรรทุกน้ำหนัก และเผาผลาญมัน

คุณจำเป็นต้องมีการควบคุมการเผาไหม้ที่มีความซับซ้อนและนั่นทำให้จรวดของคุณหนักมาก

… ซึ่งหมายความว่ามันมีมวลมากขึ้น

สิ่งที่มีมวลมากขึ้นย่อมใช้พลังงานมากขึ้นโน้มน้าวให้มันเคลื่อนที่

ดังนั้นคุณต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อที่จะยกจรวดของคุณขึ้น

แต่ถ้าคุณต้องการเชื้อเพลิงมากขึ้น นั่นหมายความว่าคุณต้องใช้จรวดมากขึ้นในการขนเชื้อเพลิง!

แต่นี่ทำให้จรวดของคุณหนักขึ้น ดังนั้นจึงต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นอีกซึ่งจะต้องมีจรวดมากขึ้นในการบรรทุก

เชื้อเพลิงใหม่และต่อไปเรื่อย ๆ

ในตอนท้าย คุณจะต้องบรรทุก100 เท่าของน้ำหนักสัมภาระของคุณเพื่อปล่อยจรวด

Ariane 6 เป็นตัวอย่าง (จรวดยุโรป) จะหนัก 800 ตัน และควรจะสามารถ

ขนส่งของ 10 ตันขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้า หรือของ 20 ตันขึ้นสู่วงโคจรกลางของโลก

แม้จรวดเท่านั้นที่สามารถผลิตแรงผลักดันมาก แต่มันมีน้ำหนักจำกัดสูงสุด

หากหนักมากไปมันก็จะไม่เวิร์ค

ถ้าคุณเพิ่มน้ำหนักมากเกินไป มันก็จะไม่ขึ้น ดังนั้นคุณจะไม่สามารถเพียงแค่สร้างถังเชื้อเพลิงใหญ่ขึ้น

นี่คือข้อจำกัดของสมการจรวด และมันหมายถึงการเดินทางไปในอวกาศจะไม่ใช่เรื่องง่าย

แต่มีที่เลวร้ายยิ่งกว่า

การเดินทางไปอวกาศยังคงไม่ดีพอ คุณยังอยู่ในคุกแรงโน้มถ่วงที่ขอบอวกาศและ

จะตกกลับมาสู่โลก

การอยู่ในอวกาศยากยิ่งกว่าการเดินทางไปอวกาศ

เพื่อที่จะอยู่ในตำแหน่งที่เสถียรที่มันสามารถอยู่ชั่วขณะ จรวดต้องไปถึงวงโคจรระดับต่ำของโลก

การทำเช่นนี้ คุณต้องการพลังงานจลน์มาก ซึ่งหมายถึงการเคลื่อนไปอย่างรวดเร็วมาก

ที่ระดับความสูงราว 100 กิโลเมตรนี้คือเร็ว 8 กิโลเมตร / วินาที

28,000 กิโลเมตร / ชั่วโมง รวดเร็วพอที่จะเดินทางรอบโลกใน 90 นาที

ที่นี่ เราสามารถใช้เคล็ดลับ

แทนที่จะบินขึ้นตรง เราสามารถไปข้างๆ ได้!

โลกเป็นทรงกลม

ดังนั้นถ้าคุณกำลังจะไปด้านข้างอย่างรวดเร็วพอ (แม้ว่าคุณจะกำลังตกลงไปสู่โลก)

พื้นโลกจะอยู่ทางใต้ล่างคุณ

ตราบใดที่คุณอยู่เหนือชั้นบรรยากาศ (ประมาณ 100 กม. ขึ้นไป) คุณจะสามารถที่จะอยู่ได้ในวงโคจร

นี่คือสิ่งที่สถานีอวกาศนานาชาติ ISS ทำ (เคลื่อนรอบโลกโดยใช้พลังงาน)

เพื่อที่จะอยู่ได้เร็วพอ.

ถ้าเราดูที่วงโคจรในสเกล เราจะเห็นว่าวงโคจรใกล้โลกคือโคตรใกล้โลก

ในการปรับใช้เช่น สำหรับดาวเทียม, สำหรับออกไปดาวเคราะห์อื่น ๆ ต้องมีรอบของการชำระหนี้พลังงานอื่น

การเดินทางไปยังวงโคจรเป็นส่วนที่ยากที่สุดของอวกาศแรกเริ่มสำหรับเราตอนนี้

ตัวอย่างเช่นถ้าเราต้องการที่จะส่งจรวดไปยังดาวอังคารพลังงานครึ่งนึงเป็นสิ่งที่จำเป็นเพียงเพื่อให้ได้เข้าสู่วงโคจร

และอีกครึ่งหนึ่งสำหรับ 55 ล้านกม. ไปยังดาวอังคาร

ดังนั้นเพื่อให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด จรวดไม่ได้สร้างขึ้นเป็นชิ้นส่วนขนาดยักษ์

แต่เราใช้จรวดหลายขั้นตอน เราไม่จำเป็นต้องพกถังน้ำมันเชื้อเพลิงว่างเปล่า ดังนั้นจรวดปล่อยมันทิ้ง

จรวดทุกวันนี้ ทิ้งท่อนแรกและส่วนหลักแต่ละขั้นตอนต่อเนื่องที่

กลายเป็นจรวดสมบูรณ์ด้วยตัวเองที่มีเครื่องยนต์เองและเชื้อเพลิง

ตกลง. ดังนั้นนี่คือเหตุผลที่การเดินทางไปยังอวกาศเป็นเรื่องยาก

ถ้าคุณรู้สึกว่าทั้งหมดนี้ดูเหมือนซับซ้อนจริงๆไม่ต้องกังวล มันเป็นวิทยาศาสตร์จรวด!

วิดีโอนี้เกิดขึ้นได้โดยการให้การสนับสนุนของ Airbus Safran Launchers

และ Arianespace

ใครจะได้ Ariane 6 จรวดใหม่ของพวกเขาพร้อมที่จะปล่อยสู่อวกาศ่ในปี 2020

คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจรวดที่นี่

และเช่นเคยถ้าคุณชอบสิ่งที่เราทำ โปรดพิจารณาสนับสนุนเราบน Patreon.com

จริงๆ มันจะช่วยเรามากทีเดียว!

หากคุณกำลังอยากรู้เกี่ยวกับอวกาศมากขึ้น: นี่เป็นลิสต์สำหรับคุณ

บรรยายไทยโดย ytuaeb sciencemath