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沈腾41天环游月球？可以，但是没必要……

2022-08-09 07:38

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创 haibaraemily 果壳

Ladies and 乡亲们，电影《独行月球》看了么？

带着摸鱼科研的心，灰原童鞋第一时间去会了会这部以月球为背景的科幻喜剧，发现了很多有趣的情节。

友情提示：以下内容涉及少量剧透，还没看的朋友，请酌情阅读。

《独行月球》电影海报

行星防御计划

电影的设定背景，开始于一颗叫作π的小行星。某一天，人们发现，这颗小行星要撞地球了！按科幻剧情的标配（嗯？），人类又双叒叕到了生死存亡的时刻……

其实吧，在2022年的今天来看，这个设定倒也不算非常“科幻”了。我们的地球，确实随时可能面临小行星或者彗星从天而降的袭击，只不过小行星个头越大，或者说危害越大，数目就越少，撞上地球的概率也越低。

按天文学家目前的估算：直径10千米级的小行星（也可能是彗星）撞地球平均每1-2亿年才会发生一次。6600万年前那次可能导致绝大多数恐龙灭绝的小行星，就属于这个尺寸。

这说明了—— 一个好消息，一个坏消息。

好消息是：地球在6600万年前完成了一次抗压实验，被这么大的小行星撞了之后，地球还在，而且恢复得挺好。

坏消息是：那次撞击剧烈影响了当时整个地球的大气和生态环境，进而引起了地球上第五次生物大灭绝事件，史称“白垩纪末大灭绝”——如果那时候有人类，人类很可能也扛不住。

幸好，那时候人类还没诞生。

然而，随着个头缩水，小行星撞上地球的概率越来越高。直径140米以上的小行星，虽然对地球只是“毛毛雨”，但如果不巧撞在了人口密集的地方，完全有能力毁灭一座城市，引起大量人员伤亡——而这个尺寸的小行星，平均每两万年就有可能光顾地球一次，概率上着实无法忽略不计。

截至2018年，已有近2万颗近地小行星被发现，其中近一半直径在140米以上。需要注意的是，动图中小行星的大小没有按比例绘制，实际的小行星相比于行星的大小几乎难以识别，因此它们在空旷太空中的实际分布其实很稀疏 | 改编自NASA/JPL

总之，如果我们把时间尺度放到足够长，人类完全有可能像电影里那样，遇到一颗足够破坏性的小行星撞击来袭。

电影里的应对小行星撞击的方式，嗯，其实也很“常规”——把小行星撞碎。

现实时空里的当下，人类的科技树还没进化到利用核能或者其他能源把小行星撞碎的水平，但我们已经开始尝试“低配版”撞击小行星的计划。

2021年11月24日，首个行星防御任务——NASA的双小行星重定向测试任务（DART）搭乘SpaceX猎鹰9号火箭发射升空。这枚探测器计划在2022年10月主动撞击一颗直径约160米的近地小行星Dimorphos，看看光靠愣撞能把小行星撞偏多少，甚至能否把小行星撞碎一点点。（详见：《撞小行星，为恐龙复仇！人类启动首次行星防御演习》）

DART探测器撞击小行星之后可能发生的轨道变化 | 改编自NASA/Johns Hopkins APL

我国也正争取在不远的将来开展行星防御行动，验证通过撞击改变小行星轨道的技术。

来源 | 央视新闻

按《独行月球》原著漫画的设定，故事发生在2050年，说不定到那时候，撞小行星已经不再是科幻了。

寻找发动机

想从月球返回地球，男主独孤月需要攒出一架具备起飞功能的交通工具。

有条件的，可以坐这种大火箭▼

电影《独行月球》预告片

独孤月没有现成的大火箭可用了，只能退而求其次，借用前人留在月球上的登月舱。

1969-1972年间，NASA接连将阿波罗11、12、14、15、16、17号共6艘载人登月舱送上月球，并在宇航员完成月面探测和实验后把他们平安带回了地球。

当时在月面留下的各种设备（月面实验装置、上升级等）至今仍可以在高分辨率的月面照片中看到▼

阿波罗11-17号载人登月着陆点和当时着陆留下的各种设备，在月球勘测轨道飞行器拍摄的照片（分辨率约1米/像素）中的样子 | NASA / LRO

不过，这些已经完成返回使命的登月舱遗留设备都很难复用了。于是，电影把目光投向了阿波罗18号。

在现实世界里，阿波罗17号之后，NASA取消了后续计划的18-20号登月任务，所以阿波罗18号从来不曾来到过月球。

而在电影开启的“平行宇宙”里，阿波罗18号来到了月球但未能返回，于是就留下了一套完好的登月舱设备。

阿波罗登月舱长这样，由上升级和下降级组成，人坐在上升级里▼

登月状态下的阿波罗16号登月舱 | NASA + 作者标注

下降级和上升级各有一套发动机和燃料箱，分别是登陆月面和离开月面时用的。

阿波罗登月舱结构 | 汉化自NASA/维基

电影中，由于阿波罗18号年久失修，发动机已经不能用了，所以独孤月只能去找宇宙之锤的发动机来换上，于是才有了之后千里奔袭前往长存湖的剧情，也有了独孤月说“要把不同时代的东西攒到一起”的难题。

总之，这部分情节在细节上虽然不可避免有很多难以实现的问题，但大体思路上是说得通的。

我找到了电影设计师展示的宇宙之锤设计效果图▼

标注自Zheng Qiufeng | ARTSTATION + 作者标注

缝合之后的登月舱长这样，真还有模有样（虽说还要带上宇宙之锤纯属剧情需要）▼

Zheng Qiufeng | ARTSTATION + 作者标注

预告片里的完整登月舱没有阿波罗下降级部分了，可能是发射后的状态▼

电影《独行月球》预告片

月盾计划的基地在哪里？

电影中使用的地名大多是月球上真实存在的，例如广寒宫、长存湖、丰富海、柯林斯陨石坑。

电影中的月球地名，在月面上的真实位置 | 底图：LROC，制图：haibaraemily

再参考剧中给出的路线图，月盾计划基地的位置也就很容易推测：在阿波罗11号着陆点——静海基地附近。

电影《独行月球》预告片+作者标注

这里靠近赤道，阳光充足，月海中地形平坦，月球正面和地球通讯条件也更佳，这些都是建立月球基地的优势。

月盾计划基地，应该就在阿波罗11号着陆点附近 | 底图：LROC，制图：haibaraemily

在此基础上，电影里两个细节的设置就很合理了。

一是柯林斯陨石坑就在阿波罗11号着陆点附近，距离不到20公里，从这里调电子狗过来接应是有可能帮上忙的（嗯？）……

静海基地（阿波罗11号着陆点）和柯林斯（Collins）陨石坑的位置（红色箭头）| NASA / LRO / ACT-REACT

二是独孤月在基地附近确实有机会弄坏阿波罗11号宇航员留下的脚印，因为真的足够近。

著名的月面脚印照片是阿波罗11号宇航员巴兹·奥尔德林留下的，不过独孤月也确实可能遇到阿姆斯特朗的脚印 | NASA

41天环月逐日计划，可行吗？

既然地名都是真的，那我们就有了从现实层面探讨逐日计划的可能性。

按电影中的陈述，去长存湖拖回宇宙之锤的致命难题在于：

从月盾基地去长存湖往返路程超过8000千米；

独孤月的月球车只能靠太阳能行驶，而在一个月昼（约14.5个地球日）期间，月球车最多只能行驶6500千米。

这就有了“有去无回”的困境。

日照的约束是真实存在的。我模拟了14.5天里月球正面光照的变化，假设独孤月在月球基地见到第一缕晨光时出发，要想不冻死在路上，他确实得在大约14.5天里完成往返路程——但月球车的车速实在有限。

底图：LROC，制图：haibaraemily

为了解决这个困境，电影里给出了一个极富创造性的方案：背道而驰。

还是在见到第一缕晨光时出发，背离长存湖的方向行驶，只要在绕月一周回到月盾基地前始终在昏线前面，就不会被寒冷的月夜赶上。

这个方案能够成立的前提是：

这里是月球；

月球特别小，半径只有1737千米；

月球自转还特别慢，一个昼夜（朔望月）需要大约29个地球日。

两个因素加起来，晨/昏线每天仅仅移动2π*1737/29 ≈ 380千米而已，这对月球车速的要求就低了很多，只要追着晨线走，就不会一下子落后太多。

小王子也是用类似的思路在B612星球上一天看40多次日落的：只要星球足够小，挪一挪椅子就能追上太阳 | 《小王子》

我个人非常喜欢这段情节，独孤月日夜兼程追逐太阳的旅程，洋溢着儒勒·凡尔纳《环游地球80天》那样昂扬又古典的味道。唯一的问题是——数据稍稍有点出入。

按电影里的计算，反向绕月的行程需要41天完成。极限操作是在月球基地见到第一缕晨光时反向出发，在下一个朔望周期的昏线抵达月球基地前回到原点——简单来说，就是晨/昏线移动1.5个月球周期。月球的朔望周期平均29.3天，那独孤月完成环月回到月球基地的时限是大约44天，比41天还要宽裕一点点，即使途中耽搁了一两天，赶赶路可能问题不大。

怀疑电影里的41天是按28天的周期算的，不过这是个小问题，基本思路没毛病。嗯，最起码比李逍遥反向飞回仙灵岛靠谱多了。

可是，等等…… 最初需要背道而驰的原因，不是月球车速度不够么？如果月球车在14.5天里最多只能行驶6500千米，那就是每天可以行驶大约450千米……

可是，月盾基地到长存湖实际直线距离只有1200千米啊！往返超过8000千米是什么鬼？

当然，月球又不是一马平川，虽然盆地内部大体是相当平坦的，但从一个盆地穿过环形山边缘到另一个盆地里去，肯定比不得直线速度。就算绕绕路吧，撑死单程2000千米，往返也就4000千米啊……