第1个回答 2022-07-17
在火星上，弄到电要比在地球上难。
其中一大原因显然是：没有电网。但就算我们在火星上建了个电网，地球上常用的电力来源在火星上也没那么好用。
但是火星上有一种非常不同寻常的潜在能源。为了获取它，你只需要毁灭一颗卫星。
你倒是不需要因为灭了火卫一而感到难过，它早就注定要完蛋的。
地球的卫星（月亮）环绕地球转动的速度比地球自转慢，所以地、月之间的潮汐力会让地球的转速放慢、月亮的转速加快。因为潮汐力让月亮更快，所以会慢慢把月亮往外甩。在火星上，情况就不同了：火卫一的公转速度比火星自转更快，所以潮汐力会把火卫一往内拉，导致它的轨道越缩越小。随着时间推移，火卫一会离火星越来越近。
火卫一和别的卫星相比，可能不算很重。比如，月球就比它重700 万倍。但以人类的标准来看，它还是相当大的。
火卫一的质量和速度，意味着它环绕火星运行时携带了相当大的动能，这都是我们有可能用上的。
火卫一缆索
以前就有人提议过在火卫一上连一根缆索。正常情况下，这一提案的目标是利用火卫一的位置和轨道动能，高效地把大件货物运抵或者运离火星表面。具体方式一般是把缆索的一头当作“天钩”，抓住离开火星表面的货物。
但是缆索也可用来直接从火卫一提取能量。如果你在火卫一面向火星的那一侧连一根5 820 千米长的缆索，它的末端会下垂到火星的大气层里。坠下来的这头儿会以530 米/ 秒的速度飞过火星大气。在地球上，这大概是声速的1.6 倍，但是火星的大气层里大部分是二氧化碳，声音在这里传播得更慢[因为火星上的声速要慢一些，所以如果在火星上讲话，你的声音听起来会明显更低沉]，所以530 米/ 秒是火星声速的2.3 倍。
风力涡轮机
火星表面的风力涡轮发电机不怎么好用，因为空气太过稀薄，移动也很慢，就连转动涡轮叶片都有困难。但是缆索的末端会经受2.3 马赫的风，这可就是另一回事儿了。流经缆索的空气大概携带150 千瓦/ 平方米的能量。在直径20 米的涡轮里，可能会有50 兆瓦能量流过去，这些能量足够给一整座城镇供电。
风力涡轮机一般不是为了超声速的风而设计的，因为在地球上，除了陨石撞击、火山爆发和核武器冲击波之外，难得遇上超声速的风。但是确实有些涡轮，人们在设计的时候就是为了将它们安装在超声速飞机和火箭上。这样的涡轮从流过机体的空气里获得能量，部分原因是在引擎熄火的情况下，依然可以为飞机的其他系统供能。超声速涡轮机的外形是流线型的，叶片很短、很宽，你的火星风力涡轮机很可能会更像它，而不太像典型的风力发电机。
你的涡轮机会被火卫一拖着飞过火星的大气层，这会损耗火卫一的动量，让它逐渐螺旋靠近火星。你挂上的涡轮机越多，产生的能量就越多，火卫一就下降得越快。注意：随着火卫一越来越低，你需要缩短缆索，免得撞到地面。不过好在缆索短的话，不用很粗也能支撑涡轮机的重量，所以随着时间推移，你能用同样多的缆索支撑更多涡轮机。
把火卫一拉到火星大气层顶部所能获得的总能量如下：
平均来说，每个美国人使用1.38 千瓦的电力。这意味着火卫一的轨道携带的能量，足够让所有美国人用上3 000 年的电。就算有很多邻居搬过来，火卫一的电也足够大家用。
所有太空缆索计划都需要海量的原材料，这个计划也不例外。就算是一根从火卫一连到火星的小缆索，也有好几千吨重，随着你加上越来越多的涡轮，它的重量还会一直增加。缆索涡轮机发出的电与缆索施加在涡轮上的力成正比，所以涡轮机的发电功率每增加1 瓦，就意味着缆索的张力多了一点点，所以缆索要做得更粗才能支撑它。反过来说，我们可以认为，每增加1 千克的缆索材料，都会额外“发”出一定量的电。
缆索的重量以及它的发电效率，取决于你用什么材料，还有很多工程上的细节。但总的来说，每条缆索每千克最多会产出2 瓦电力。因为缆索可以在几十年里无限发电，所以以2 瓦/ 千克的速度逐年积累起来，单位质量的总能量要比电池或石油、煤这样的普通燃料多得多[但是还远远不能和钚相比。每千克钚电池可以产出好几百瓦的能量，并且持续好几十年。但是很难找到大量的钚。“好奇号”火星车——也许是你的火星邻居——用的电源是一块 5 千克重的钚，NASA 花了很多钱才搞到它]。
涡轮机的效率可能不高，但很难预测它到底有多高。因为气流在本质上是无限的，你主要关心的应该是减少缆索“浪费”掉的阻力，而不是让涡轮机捕获流 经缆索的空气中的所有能量。也许其他涡轮机会设计得更高效、更可靠，你最好各种方案都试试，比如达里厄式风力涡轮机、风阻式涡轮机，或者马格努斯效应涡轮机，它们都已经在地球上找到了特定的使用场合：
除了涡轮带来的效率损失之外，你还得考虑一下怎样才能把涡轮机的能量传输到你在火星上的房子里，这肯定还会带来更大的损耗。能量传输可以通过各种方式，比如微波输能，或者往地上扔一大堆充电电池。
如果卫星的轨道离行星本体太近，潮汐应力有可能强到足以把卫星表面的东西撕下来。这种情况发生时的距离叫作洛希极限。随着火卫一离火星越来越近，它可能会分裂成一串碎屑环。要想阻止这种事情发生，你可能得拿一张高强度的网把火卫一裹起来，也可以让它先碎成几颗较小的卫星，这样每颗卫星就会更容易被网包住。
这种轨道涡轮机会有一个非常奇特的属性：用得越久，发电越多。你的缆索会给火卫一施加阻力，让它下降……可是当它下降时，它的速度也会上升，因为更低的轨道总是速度更快。这就意味着缆索会更快移动，出现更快的气流，产生更大的涡轮发电功率。在火卫一的生命周期中，缆索提供的电力将稳步增加。
当火卫一掉下来
早晚有一天，阻力会把所有4×1022 焦耳的能量从火卫一里提取出来，也许是几千年后，也许只是短短几年后，这要看你的房子用了多少电以及其他殖民者是不是也在用涡轮机发电。那时，火卫一将抵达火星的大气层。
火卫一的大小，和白垩纪末期撞上地球的那块石头差不多，那次撞击导致了大部分恐龙灭绝。火卫一撞击火星，不管是一次性撞上，还是裂成好几块分别撞，由此带来的破坏力都差不多。在几千年的时间里，缆索消耗了火卫一的引力势能，把4×1022 焦耳的能量传到了火星表面，还导致火卫一下降、加速。火卫一与火星表面的撞击也会产生同样多的能量，不过是一股脑儿地释放出来。
火卫一的撞击将在火星表面留下一道长长的伤痕，还会把大量的碎屑撒入太空，大部分碎屑将以熔融石头雨的形态回落，砸在火星表面的每一个角落。就像经常发生的那样，一种“免费”能源最终带来了长期性的可怕后果。
不过，这个末世场景也不是全无好处。有那么一小会儿，在“熔岩雨”停歇 之前，火星上一些低洼谷地会迅速升温，足以让液态水在火星表面形成稳定的池塘。
本文选自兰道尔 · 门罗《How to：如何不切实际地解决实际问题》一书