炮弹奔月记：科幻小说中非凡的发射月球情节

1865～1870年，儒勒·凡尔纳在法国出版了科幻小说《炮弹奔月记》，这个小说描述了一个非凡的情节：把一个活人用炮弹发射到月球上。作者把这一设想描绘得很逼真，以至于大部分读者都开始幻想：这个设想能不能变成现实？

这确实是一个有意思的问题。从理论上讲，我们发射一颗炮弹，能不能让它一直向前飞，而不是飞行一段时间后落回到地球上？答案是肯定的。炮弹若是水平射出，就会落在地球上，这是因为地球引力的存在，使得炮弹无法一直沿着直线飞行，飞行路线会向下弯曲。炮弹飞行的路线比地球表面弯曲的程度大很多，所以炮弹终究要落到地球上。如果可以减少炮弹轨迹的曲度，让它和地球表面的曲度一致，那这个炮弹就永远不会掉在地面上，而是会沿着地球的同心圆曲线运行。那样的话，它就成了地球的卫星，变成第二个月球了。

但是，有一个问题：如何能让发射出去的炮弹沿着比地球表面弯曲度更小的曲线飞行呢？很简单，只要炮弹飞行的速度足够大就可以，如图24所示。

图24　让炮弹脱离地心引力的速度计算图

我们把炮弹放在山峰上的A点。若不考虑地球引力，将炮弹水平方向射出，飞行1秒钟后，应当抵达B点。但因为有地球引力的存在，炮弹飞行1秒钟后，抵达的不是B点，而是C点，C点在B点下方5米。我们之前分析过，自由下落的物体，在第1秒内下落的距离刚好是5米。我们不妨做一个假设：A点到地球的距离和C点到地球的距离相等，也就是说，炮弹在这1秒的时间内，沿着地球的同心圆飞行。从图中可以看出，如果我们计算出AB的长度，就能得出炮弹在1秒的时间里飞行的距离。这样，我们就能算出炮弹应当保持多大的飞行速度，才能保证不落到地球上来。

图25　如果飞行速度达到每秒钟11.2千米，炮弹的飞行轨迹将不再封闭(www.xing528.com)

这个计算并不难，由三角形AOB可知：在这个三角形中，OA是地球的半径，约为6370000米，OC=OA, BC=5，由此可得出，OB=6370005米。根据勾股定理计算可知：AB2=63700052-63700002。因此，AB的长度约为8千米。

如果我们不考虑空气的阻力，只要炮弹的飞行速度达到每秒8千米，它在飞行的时候就永远不会落下来，而是会像一颗卫星一样，永远围绕着地球旋转。

设想一下：如果炮弹的飞行速度超过每秒8千米，会发生什么样的情况呢？有人计算过，如果发射速度达到每秒9千米，甚至每秒10千米，炮弹的飞行轨迹就是一个椭圆。炮弹射出的初速度越大，椭圆的长轴越长。当发射速度达到每秒11.2千米时，炮弹将不再沿椭圆轨道飞行，而是沿着一种非闭合曲线，也就是抛物线的轨迹飞行，永远离开地球，如图25所示。

通过前面的分析，我们可以知道：理论上，炮弹的速度足够大，乘坐炮弹去月球旅行，根本不是什么难事。但在这里，我们假设了空气阻力不存在。可在实际情况下，空气阻力的存在大大增加了获得这种高速度的困难，甚至根本无法达到这么高的速度。