如果要骑车到月球，需要带多少干粮才够用？

　　考虑到新时代太空探索应当倡导低碳环保主义，让我们计算一下骑单车到达月球需要多少时间?

　　什么?骑单车到月球?是的，计算骑单车到达月球涉及到许多的物理问题，让从科学的角度梳理一下，骑车到月球究竟要多久?

　　首先需要连接地球和月球的一条超级缆绳。现实毕竟与科幻电影《外星人E.T.》不同，剧情里外星人和小男孩骑着单车飞向月球，如果你接受这项太空任务，你会有一辆漂亮的白色太空单车，基于特殊的车轮沿着线缆前行(我们假设骑车过程中没有摩擦能量损耗)。车轮只朝向一个方向先进，所以当你停下来休息时，不会从高空中摔落下来。

　　需要说明的是，阿波罗11号飞船仅用4天时间就实现登陆月球。毫无疑问，从地球骑单车抵达将超过4天时间，那到底需要多长时间才能到达呢?

　　单车“起飞”并不简单!

　　起步之前，我们需要一些确切的物理数据，第一，地球距离月球有多远?由于月球环绕地球的轨道并不是一个标准圆形，所以没有一个完美答案，但让我们以38.6万公里(合计24万英里)的平均距离进行计算。

　　现在你可能会想，一个人每小时骑15英里，用24万英里除以15英里就是骑单车到月球所需时间!这是错误的，人们可以在平坦的路面上以每小时15英里的速度行驶，但你现在需要考虑的是向太空方向骑单车，你将沿着笔直向上的方向行驶。之后计算数据将变得更加复杂，当你离地球越远，引力就会不断减小，每天消耗相同的能量，但每天骑的里程数越来越多，最终当你距离月球非常近的时候，将变成一个下坡旅程，你可以毫不费力地滑行，最终着陆在月球表面。

　　因此，我们不能以一个平均骑车速度来计算抵达月球的时间，在太空旅程中，骑车速度是变化的，可以以骑手的能量输出进行计算。如果你是一位环法自行车赛骑手，一天骑6小时大约产生200瓦能量，目前我们就以一位环法自行车骑手的标准进行计算。

　　接下来，我们需要计算骑特殊设计的月球自行车行驶一小段距离(Δy)所需多长时间，假设引力场强度是g(单位：牛顿/千克)，骑手短途攀升所需引力势能(UG):

　　在这个表达式中，m是骑手的体重(以公斤为单位)，由于骑手输出体量(P)是能量除以时间变化量的相应数值，我可以使用自己的输出体量计算短途攀升所耗时间(Δt)：

　　为什么我要使用短途攀升进行计算呢?很快就会清楚，首先，让我们快速检查一下：假设人类的体重为75公斤，输出体能为200瓦，攀升1米需要多长时间?通过公式计算出的时间是3.675秒。

　　是不是所用时间太长了?如果你用1秒时间爬上1米高的楼梯，似乎能说得通，但是用了3.675秒，显然是比较慢的;如果你使用超过200瓦的体量，并且想象一下，连续6个小时保持该速度，用3.675秒似乎是合理的。

　　必须面对重力变化!

　　在地月单车整个旅程中，我们能面对与地面相同的重力作用吗?恐怕不会。问题在g因子，当你爬相同的楼梯时，你会感到重力作用未发生变化，但是随着距离地心越来越远，重力场将相应地逐渐减弱，我们通过下面的公式可以计算出重力场矢量数值：

　　在这张图中，如果你是空间中的那个灰点，我们可以使用右边的方程式计算出这个灰点的重力，G是万有引力常数，ME是地球的质量，r是地球中心到你所在位置的矢量。

　　但是等一等!并非只有地球存在重力，月球也存在重力作用，所以我们需要在方程式中添加另一项，假设月球的质量是mm，从地球至月球的距离是R，现在我可以计算出总重力场：

　　我将g设定为正值是不准确的，但这样就会和我之前计算的地球表面相关数值相匹配，以下是地球和月球重力场对比图。

　　在地球表面，重力场数值是9.8 N/kg，在月球表面，重力场方向相反，数值为1.6 N/kg，这也证实了月球重力场强度大约是地球的六分之一。

　　然而在整个地月骑车旅程中，重力影响不是零，但是它们非常小，从地球上启程的时候，重力数值很大，但是一旦你行驶1000英里，来自地球的重力作用仅是地面的10%，人们可能认为这离开地球很远了，但是你需要记住地月平均距离为24万英里，随着骑手行驶单车距离地球越来越远，之后你就可以加快速度了。在即将抵达月球的最后时刻，这是一个很容易抵达月球表面的阶段，也许最终自行车登陆月球的速度会很快。

　　267天!

　　下面的一个公式可以计算出重力场，我可以基于人体体量输出，重复计算地月旅行时间，可以计算出地月旅程中每一小段距离行驶所需时间，这并不是整个旅程，当骑手接近月球表面时，将走一段“下坡路”。

　　最终计算显示，人们骑自行车抵达月球需要267天，这真得令人感到惊讶，比人们所想象的时间更少，以24万英里的距离进行计算，骑手的平均速度是37英里/小时。当然，这并非是轻松的旅程，骑手在267天里将24小时不停地高强度蹬车，相反，如果你每天只蹬6个小时的踏板，所需时间将是4倍，1068天，也就是说几乎要花3年时间。

　　最后的旅程是怎样的呢?当骑手完成“上坡路”之后，他可以选择停止踩踏板，此时你基本上会以相同的速度继续前行，直到你距离月球更近，这仍然是非常快的，一旦你到达月球表面，你就会像陨石一样坠落在月球表面，这个速度有多快呢?以下是自行车接近月球随时间变化的曲线图：

　　是的，这是一辆超快的月球自行车，在大约骑行258天时，你将达到100米/秒(约220英里/小时)，一周左右之后，你就会真正体验一段美好的旅程，感受一下“激情速度”——1000米/秒(约2200英里/小时)。

　　当重力场作用变得非常小的时候，骑手的所有能量都将用于加速，但实际上，我们的计算模型中存在一个错误，自行车地月旅程可能会更快!计算考虑了所有来自人体能量转化为重力势能来增加距离，但当重力场较低时，它真的不需要太多时间来“向上”移动，所以你会以超快的速度终结。这个模型没有直接考虑动能的变化，它假设骑手在每一步开始时的速度都为零，但我仍然认为整体时间计算似乎是合理的。

　　算来算去，人类乘坐火箭登月是首选!

　　通过计算来看，美国宇航局宇航员登陆月球搭载火箭还是首选，骑自行车并不是一件简单的事情!我们还需将一些变量计算其中：

　　地月旅程中是否会出现一个零重力区域?此时骑自行车会遇到什么，很可能会棘手!

　　在这个计算中是以普通成年人75公斤体重进行衡量，骑行过程所有重量也是按75公斤计算，并不包括自行车的重量，如果骑手的体重是100公斤呢?这将如何影响旅程时间?

　　如果人们不进食、不喝水，很难保持如此长时间骑行，如果按照100公斤骑行总质量来计算，骑手要吃多少个三明治才能到达月球?

　　显然太空旅行中不会提供外卖，骑手必须自带干粮，将267天所吃的三明治都带上，总质量将增加多少?

　　大家可能忽略了从地球至月球的超级缆绳，建造这样一条太空缆绳需要多少钢材，成本预算是多少?是否安全?

　　地月系统并非处于静止状态，它们一直在旋转，这种旋转是否会改变骑车到月球所需的时间?

　　对于提出的月球登陆计划，你的太空旅行需要多少天?你什么时候会慢下来?需要消耗多少能量?