Q.如果你试图在太阳系其他天体上驾驶普通的地球飞机会怎样?
——格伦·基亚基耶里
A.下面先请出我们的飞机:
这里我们要用电动引擎,因为燃油引擎只能在有绿色植物的星球上使用。在没有植物的星球上,氧气并不会留在大气层中,它会和其他元素结合成二氧化碳和锈迹等东西。植物的存在会把这些氧给拽出来,并重新送回到空气中。引擎需要氧气才能正常工作。
然后是我们的飞行员:
下面这张图则会告诉你当飞机在太阳系最大的32颗星球表面上空释放时会发生什么。
大多数星球上是没有大气的,所以飞机是直挺挺地摔向地面。如果坠落高度是1千米或更低的话,在一些星球上坠落的速度很慢,飞行员可能会活下来——但机载的生命维持系统大概撑不祝
太阳系有9颗星球有足够浓密的大气:地球——显而易见——还有火星、金星、四大气态巨行星、土星的卫星泰坦,还有太阳。现在让我们仔细分析下在这些星球上分别会发生什么。
太阳:嗯,跟你想象的差不多。如果飞机释放的距离近到能够感受到太阳大气的话,它会在1秒之内灰飞烟灭。
火星:要想知道在火星上驾驶飞机是什么感觉,那么就试试X-Plane火星模拟飞行吧。
X-Plane是世界上最先进的飞行模拟器之一。这款软件由一群热心的航空专业人士和社区志愿者们历时20年编写出来,能够模拟飞机飞行时流过每一寸机身的气流。这使得它成为一个极为有用的研究工具,因为它能准确模拟出全新设计的飞机以及环境。
如果你对X-Plane的配置文件进行修改,把引力调小一些,把大气调稀薄一些,把星球半径也缩小一些,那么你就可以模拟出在火星上的飞行状态。
X-Plane告诉我们在火星上驾驶飞机可不容易,但也不是不可能。NASA知道这一点,所以他们考虑用飞机来巡视火星。但问题在于,在如此稀薄的大气环境下要想获得足够的升力,就需要很高的速度。你需要达到近1马赫的速度才能起飞,而一旦你动了起来,巨大的惯性使你难以转弯——如果你尝试转弯,那么飞机会翻滚,同时继续保持原有航向。所以X-Plane的作者把驾驶火星飞机比作驾驶超音速游轮。
我们的塞斯纳172可完不成这种任务。如果它从1千米的高度释放,它将无法积累足够的速度以摆脱俯冲状态,并将以每秒60米(每小时216千米)的速度坠毁在火星表面。不过如果从4~5千米的高度释放,飞机能够达到足够的速度以脱离俯冲而进入滑翔状态——此时空速超过音速的一半。在这种情况下想要活着降落是不可能的。
金星:不幸的是,X-Plane无法模拟金星近表面那地狱式的环境。但是简单的物理计算能告诉我们一些东西。结局是这样的:你的飞机能飞得很顺畅,只不过它一直处于着火状态,然后它就飞不动了,再然后它就不是飞机了。
金星上的大气密度是地球上的60多倍,在这种条件下一架塞斯纳足以以人类跑步速度起飞。不幸的是,空气温度足够把铅熔化,飞机上的油漆在几秒内就会熔化,飞机的部件也会迅速失效,再之后在热应力的作用下飞机会解体,然后在空中慢慢飘落。
一个更好的选择是在云层上方飞行。虽然金星的表面糟透了,但是它的上层大气层与地球惊人地相似。在距离地面55千米的地方,一个人戴着氧气面罩,身着密闭防护服就能活下来,气温跟室温差不多,气压也跟地球上的山脉上相近。你需要穿着防护服是因为大气里有硫酸。
沾上硫酸可一点儿都不好玩,但事实上云层上方的区域对于飞机来说是一个绝佳的环境,只是表面不能有暴露的金属,否则就会被硫酸腐蚀掉。哦对了,我之前忘了说了,你的飞机还必须能够在持续不断的5级飓风中飞行。
金星不是个好地方。
木星:我们的塞斯纳没法在木星上飞行,因为那里的重力太强了,维持飞行所需的动力是在地球上的4倍。如果从还说得过去的海平面气压开始,我们将在颠簸的大风中开始绝望地向深处滑翔,速度可达每秒275米(每小时990千米),我们将穿过一层又一层的氨冰和水冰,最后的结局仍将是坠毁。不过木星上没有坠毁表面,因为随着你越飞越深,木星将从气体平滑地变成液体。
土星:这里的场景比木星要好一点儿。这里重力弱一些——事实上和地球上差不多——大气层也更浓密一些(但仍然很稀薄),我们可以苟延残喘更长的时间,不过最终还是会要么被严寒干掉,要么被大风干掉,在不断下坠的过程中落得和在木星上一样的下常
天王星:天王星是一个诡异的匀质蓝色星球。这里风速很快,而且冷得刺骨,但在几大气体巨行星中,这里的环境可以说是最好的了,你估计可以飞上那么一会儿。但这里真的是什么都没有,你来这里干嘛?
海王星:如果你准备去冰巨行星逛一圈,我建议去海王星要比去天王星要好。虽然你最后不是被冻死就是在湍流里身体散架,但好歹死前这里还有几片云可以瞻仰一下。
泰坦:最好的总要留到最后。就飞行而言,在泰坦上飞行可能要比在地球上还好。这里的大气浓密,重力又小,表面气压只比地球多50%,空气密度是地球的4倍。这里的重力比月球还弱,这意味着在这里很容易飞起来,你甚至可以通过踩脚踏板的方式让塞斯纳飞起来。
说实话,人在泰坦上可以仅靠肌肉的力量就飞起来。一个人穿上滑翔翼就可以舒舒服服地起飞,然后靠超大的游泳用的鳍状靴子到处飞行——你甚至扑腾几下人工翅膀也能飞起来。动力要求也是极低,走路的能量就够。
但弊端(总有一个弊端的啦)在于寒冷的温度。泰坦上的温度只有-201℃,和液氮的温度差不多。从轻型飞机上加热装置的一些参数来看,我估计在泰坦上塞斯纳的驾驶舱温度会以每分钟2℃的速率下降。
飞机上的电池能够用来维持片刻的温暖,但最终飞机还是会因为消耗完热源而坠毁。还记得“惠更斯号”探测器吗?它在下降的过程中电池已经用得差不多了(在下落的过程中拍了许多漂亮的照片),在降落到泰坦表面仅仅26秒之后就屈服于低温的侵袭。不过在降落之后的那么几十秒里它还是成功发回了照片——只来得及发回一张——这是我们所拥有的唯一一张比火星更远的天体表面的照片。
???
如果我们穿上人工翅膀在空中飞行,那我们将是泰坦版本的伊卡洛斯——我们的翅膀将会结冰、散架,然后带着我们去见上帝。
但我从未把伊卡洛斯的故事视为人类局限性的教训——我把它看作是蜡作为黏合剂的局限性的教训。泰坦上的低温只是个工程问题而已,只要经过正确改装,配上正确的热源,一架塞斯纳172就可以在泰坦上飞行——当然我们也行。