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第597章 拉格朗日和农业

“迄今为止我们谈到的微信轨道,都只考虑到两个物体之间的引力。在这些轨道中,唯一需要考虑的重要因素就是星球对卫星的引力。拉格朗日点的概念,则牵扯到更为复杂的三提问题,或者说互相独立的三个天体之间的引力问题。虽然借助计算机的莉莉,三体问题也是可解的,但却不像两体系统那样,能够得出周期性轨道。”

“在三体系图中,如果假定其中一个质量远小于另外两个,也就是考虑较大天体的轨道时,可以忽略第三天提的影响,只考虑两者的质量和运动轨迹,那么三体系图就是有解的。”

“一般恒星行星的拉格朗日点比较难以计算,但还是有5个点的。分别是恒星行星之间的3个引领平衡点和连线处左右各60度角的行星轨道上。这里值得一提的是,过去你们的兄弟行星木涅瓦所在的轨道就是L3拉格朗日点。虽然之后他们和你们通过航天工程而将之移动到了L2点。”

“由于恒星的质量远高于行星质量。L1点到行星的距离,会比它到恒星的距离近得多。根据我的计算,应该在恒星-行星直线距离月9/10的位置。但这并不是全部,我们还需要考虑空间站围绕星球旋转而产生的离心力。这力量像是把空间站推得更加远离。由于它会抵消掉抵消掉一部分的恒星引力,这样就会让拉格朗日点想星球方向移动约5%。”

“离心力对L1位置的影响还不算太大,但在确定L2位置时,就成了必须考虑的重要因素了。L2位置在星球之外,所以在计算星球和恒星的引力的时候,都需要考虑离心力影响。L3位置,隔着恒星和星球相对,这时同样需要考虑离心力对引力计算的影响。”

“L4和L5两个点位于行星环绕恒星的轨道上,分别在行星前方和后方60度角位置。他们距离恒星和行星的距离相等。”

“当然,这里是建造太空殖民地的理想地点,处于这个位置的物体会继续保持运动轨道的原因,并非一目了然。大致上,他所受到的恒星和行星引力形成的合力,正好指向恒星-行星系统的质量中心。如果在此位置的太空战,围绕恒星-行星系统质量中心运行的速度与行星相等,就可以一直停留在轨道上。”

“L4和L5两个点高度稳定,在这个位置的太空战即使被推离轨道,也会围绕拉格朗日点的中心旋转而不会持续偏离。L1到L3这几个位置就没有这样的优点,不过L4和L5距离恒星和行星的距离都比较远,要把太空站送入轨道的能量成本也相对较高。为什么还选择他们呢?”

“之所以悬着这两个点,是因为需要足够的空间大兴土木,兴建及其庞大的设施。甚至在遥远的将来把这些设施连接起来,组成一个类似于戴森球的极庞大结构,以便让后世更为先进的文明,摄取太阳放射出的全部能量。”

“之前你们进入I类文明的时候就已经拆掉了你们的卫星组建了庞大的太空舰队和太空设施群,更直接的利用卫星上面开采出来的能源开始向着恒星系内的其它星球进行殖民活动。”

“在战争失败之后的现在,你们要想再度兴建如此庞大的设施,应该需要开采隔壁星球上的矿产资源。从某种程度上来说,选择这两个拉格朗日点也是一种这种,是环绕恒星和行星修剪殖民地的中间方案。”

“由于卫星的逃逸速度只是你们星球逃逸速度的1/3,从卫星触发运送物资去拉格朗日点的能量成本,将大大降低。”

“不过这就要求你们去踏上那个星球,当然也是理所当然的,那颗星球被你们视为禁忌。由于超过了300亿的人口在那颗星球上被屠杀,并且在此之后抽掉了星球大气,所以那颗星球现在还保持着被鲜血染黑成暗月的现状。”

“你们真的在心理准备好了踏上那颗星球的心理准备了吗?”因为我的质疑,原本还专心记笔记的学生们一瞬之间陷入了沉默。

“好吧,不扯远了,既然选址的问题聊完了,剩下我们就聊一聊食物的问题吧。”

“在聊到食物之前,我希望你们先明确知道一点。所谓的食物,其归根结底也是能量。维持人体存活的并非是食物,而是能量。”

“好了,让我们开始聊聊食物的问题吧。”

“食物、空气、0到30摄氏度之间的环境温度,这些都是人类生存的基本需求。但是,我们却不能用从前满足宇航员的方式来达成目标。因为我们要建造的是太空殖民地,他应该是一个自给自足的系统,能够长期支持人类在上面生活。”

“这就意味着,太空站需要某种生态系统,上面生活的人们需要自己种植粮食作物,并回收废品,以便能够尽可能脱离来自母星的支持。要不然,在经济意义是,这样的太空战就无法维持,因为向太空运送物资的成本过于高昂。建造一个这样自给自足的人工系统绝非易事。”

“一名体重80千克的成年男子,每天大约需要2000卡热量的食物。体重70千克的成年女性需要约1800卡。如果不考虑其他营养需求,有几种方案可以用来单纯提供热量。蹂躏是能量价值最高的食物,卡路里含量约为3000卡每千克,而水果和蔬菜的热量值较低约为600卡每千克。”

(这就是为什么我说茵菲尔她们的精灵族是无法单纯依靠水果蔬菜维生的原因了,除了特殊的能够提供超过蛋白质或者相当于蛋白质的热量的水果蔬菜之外,基本精灵族的胃部就那么大,撑死她们都满足不了高性能的肉体来驱动的。)

当然也有着让精灵们天天除了吃啥都不干的选项,不过那样的话,精灵早就把自然破坏光了吧,也不可能是自然之子了。

“不过,从生产过程需要消耗的能量角度考虑,肉类的生产成本确是非常之高,因为用于生产肉类的生出,本身还需要消耗其他形式的食物。跟人类直接食用谷物相比,喂养牲畜然后食用肉类,要多消耗十倍的能量。”

“太空战能够用来种植粮食作物的空间,可能是全世界最昂贵的不动产。因而我高度怀疑,其中应该只能有极小的比例被用来喂养牛、猪或者鸡。假设太空站所有的居民都是素食主义者,那么他们每人每天大约需要食用3千克的谷物和蔬菜。对一个容纳1万名居民的空间站来讲,就是每天需要30吨的食物,每年的食物需要量约为1000吨。”

“到这个节点上,不同的文明会选择不同的方式。太空战是否会采取传统的农业种植方式,也就是开辟广阔的土质种植区,并提供光照呢?还是会采取水栽法?植物要不要人工施肥?如果要人工施肥,废了又该如何生产?值得一提的是,使用哈勃-博世方法人工生产氨水的能量代价巨大,而现代农业又高度依赖这一过程,它甚至消耗了你们文明2%的能源。”

“理清这些复杂难解之处的一种方式,就是考虑种植和食用食物过程中的能量转化,本质上,我们只是在将一种能量形势转化为另一种。”

“首先,我们假定太空战处在拉格朗日点上,假设太空战得到的太阳光照和星球表面完全相同。其次,我们假定自己有一座巨大的空间站需要养活,而且他在很大程度上自给自足。第三,我们假定种植庄家所需的能量都来自太阳。最后,人民假设每人每天的热量消耗是2500卡。这个能量消耗速度,相当于每个人的耗能功率是120瓦,跟一个亮点儿的灯泡差不多。”

“在上述的条件之中,至少两个环节会存在效率低下的情况。非常粗略地讲,植物通过光合作用将太阳光转化为生物能的效率约为1%,有很多原因会导致总体效率低下,这一点你们生物学专业的应该有些了解。从纯粹能量转化的角度考虑,光合作用能够达到的最高理论效率是13%,但总会涉及其他降低总体效率的因素。第二个局限是植物仅有一部分可以使用,玉米和小麦的可食用部分都只占植物总质量的很小一部分,假定也是1%。那么,食物深处的总体效率就只有10的-4次方了。所以,满足太空战视频农业需求的总功率需求就是10的10次方瓦。利用光照常数计算,可得出光照面积A需求为A=10的10次方除以1360每平米=7.35X10的6次方平米。”

“由此容易看出,与农业种植的能量需求相比,其他方面的能耗显得不值一提。要满足全部能量需求,人民可以把太空站面积在农业需求基础上略调高,达到10的7次方平方米。如果太空战的形状是直径2公里的圆柱体,其长度就需要达到5公里,才能满足能量需求。这也相当于每位太空居民月1000平方米的空间,才能种植足够维生的食物。在《生物能量学导论》中,我们无视其中关于藻类的条目,会发现人类需要600到1500平方米的面积来生产食物。如果想要吃到肉类和蛋类,就会需要更大面积。”

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