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我們被囚禁在地球上

被宇宙以廣闊但又無法觸及的空間嘲諷著

然而 如果人類這種物種想要有長久的未來

我們必須逃脫地球這個監獄

但是什麼把我們困在這裡?

原來是因為我們在45億年前欠了宇宙一點債

(一個能量形成的監獄)

宇宙中的任何東西都具有質量

同時也因為質量而相互吸引著

我們稱這個現象為「萬有引力」

當你越靠近一個具有巨大質量的物體 就會有越強的引力

也等於你被拉的越緊

這個現象將我們侷限在地球上

我們可以想像我們是囚犯

被囚禁在監獄 也就是所謂重力穴

他並非字面上穴的概念

但是可以讓我們輕鬆的理解它的原理

被困在引力的監獄中 意指你欠引力能量

但我們是如何欠引力能量的?

因為在宇宙中

物體不會想要改變他們的速度或方向

為了要說服他們移動

你必須消耗能量

數十億年前 引力吸引了無數的塵埃粒子圍繞在太陽的軌道上

將他們吸引在一起 直到行星的行成

這個過程中消耗能量

並且建立了我們現今被困在其中的重力穴

當你陷在越深處的重力穴 也就代表你欠引力越多能量

如果你沒辦法找到足夠的能量

你將無論如何永遠無法離開引力

因為你身上所有的原子都屬於宇宙膨脹能量的其中一點塵埃

以達到現在的狀況

好的 讓我們來統整一下

宇宙中的物體不喜歡移動

你必須以能量說服他們移動

引力以能量說服粒子聚集在一起以形成行星

同時建立起了囚禁我們的重力監獄

為了要逃脫 我們需要用能量回饋他

但是 我們要如何做到?

(逃離重力監獄)

為了要進入宇宙 我們必須透過複雜的能量交換程序

因此 我們發明了一種反能量回饋裝置

或者有個比較無趣的名稱－火箭

火箭目前以某些人類已知最劇烈的化學反應為動力

為的就是燃燒燃料以達到控制火箭的目的

這個過程將化學能轉換成動能

將燃燒的產物排出火箭 使火箭脫離地球的重力

當我們消耗大量能量的同時 也增加了自身引力的能量

簡單來說 就是我們正在償還我們欠重力的能量

但事實上這比我們想像的還要棘手

當你燃燒能量已進入地球的軌道時

你會失去大量的能量轉換成熱量 廢氣以及空氣阻力

所以事實上你需要更多能量

而且你不能只是在你身邊堆一大堆具有輻射 高爆性又危險的燃料

然後引爆他

你需要穩定控制的燃燒

但會使你的火箭非常複雜又很笨重

也代表著會有更多的質量

物體的質量越重 你就需要越多能量以說服其移動

所以你需要更多燃料來讓火箭起飛

但是當你需要越多燃料 也就表示你需要更多火箭來裝這些燃料

但這讓你整個火箭更重 因此也就需要更多燃料也就需要更多火箭來裝那些新的燃料

依此類推

在這惱人的過程的結果 你需要將近一百倍的重量以推動欲載的東西

以亞利安6號運載火箭(歐洲火箭)為例 將會重達800噸重

以將10噸重的物體送上地球靜止軌道

或者是20噸重的物體送上中地球軌道

但是火箭的推力有限 也就是說他有重量的上限 超過了就無法起飛

如果火箭太重 他就無法起飛 所以我們不能單單製造更重的燃料槽

這個問題對於火箭工程而言十分嚴苛 因此太空旅行會如此困難

但等等 有件事情讓這變得更糟糕

不是進入宇宙就已經夠了 你還是會被困在宇宙邊緣的重力監獄

最終還是會墜毀回地球

待在太空遠比進入太空還要困難

要達到穩定並且可以待一段時間的狀態 火箭必須要達到低地球軌道

為了進入軌道 你需要大量的動能 也就是要非常的快

為了達到100公里的高度 必須要有每秒8公里的初速度

時速28000公里則可以在90分鐘內繞地球一圈

在此 我們可以用一些小技巧

比起直接往上飛 我們可以往旁邊飛

地球是圓的

所以如果我們往旁邊飛 如果速度快到就算你正在往下墜落 地面還是會對你有利

所以 當你在大氣層外(約100公里) 你就可以維持在地球的軌道上

國際太空站(ISS)就是這樣運作的 不斷的墜落並且不斷的花費能量以維持速度

如果我們在遠一點的地方看軌道會發現我們的軌道十分可笑的接近地球

為了部屬像是衛星的人造天體到其他星球上 需要更多能量的償還

進入軌道是目前太空旅行最困難的部分

舉例來說 如果我們要去火星 一半的能量會被消耗掉為了要進入軌道

另外一半用來穿越5500萬公里到達火星

因此 考量到效率 火箭並不會是一體成形的巨大物件

取而代之的是 我們會打造一個多個結構的火箭

我們不需要載著空的推進器 所以我們拋棄他

現今的火箭在上升過程中透過自動脫離他每個獨立的推進器跟主要的部份

這就是為什麼進入宇宙如此的困難

如果你覺得這些看起來很複雜 不需要擔心 因為這就是所謂的「火箭科學」

本影片是由Airbus Safran Launchers以及亞利安火箭贊助

也就是亞利安6號載運火箭的製造商 並將於2020年升空

你可以在此連結取得更多有關火箭的知識

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