打一條地球隧道可好？_風聞

   　作者、美編：吳泱

　　校對：賀柏翔，校對組

　　後期：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

　　責任編輯：毛明遠    

“您要知道，阿根廷畢竟是在地球上與中國相距最遠的一個國家，你們正在地球的對面。”趙文佳微笑着説，從沈淵的手中拿過那個全透明的地球儀，在上面，中國和阿根廷隔着那個超透明的球體重疊在一起。

　　“其實我有個辦法能夠使兩國更好地交流，”沈華北拿過地球儀説，“只需從中國挖一條通過地心貫穿地球的隧道就行了。”

　　——《地球大炮》劉慈欣  節選

　　凡爾納《地心遊記》出版以來，人們一直對地下世界有強烈的好奇心，想象有朝一日能前往地心。“地球隧道”這一奇妙的幻想由此誕生。

　　在此後，科幻作品中頻頻出現地球隧道：《全面回憶》中的一條地心“墜道”連接着“英帝國”和澳大利亞，每天，都有在澳洲生活的人坐着“地鐵”穿越地心，僅需40分鐘即可抵達英國；劉慈欣的《地球大炮》更進一步，將地球隧道改造成了一個向宇宙發射航天器的“大炮”。我們一起來了解一下“地球隧道”的神奇之處吧！

　　地球隧道

　　Credit: FunInCode

　　便捷的交通

　　首先，地球隧道最大的不同之處，就是突破了地面路線的限制，用直線連接兩個地點。初速度為0，從隧道的一端自由下落到另一端，不考慮空氣阻力，理論上僅需42分鐘。

　　相對於傳統運輸，地球隧道運輸沒有了地面摩擦力的阻攔，進入隧道的物體做自由落體運動，在這個過程中，重力起絕對的支配作用。不考慮空氣阻力，隧道中的運動是無需額外動力，僅重力做功即可。

　　但實際上，空氣阻力的影響不可忽略，如果物體動能有損失，物體將會做振幅衰減的“往復振動”，直到動能耗盡，停在地心處。大劉的《地球大炮》中，為了避免這一問題，隧道內部要儘量保持真空，人需穿防護服進入。一來是供氧，二來是為了抵禦地心的高温（注：小説設定，雖然隧道壁絕熱性好，但是靠近地心部分的隧道內部仍有2000攝氏度）。

　　(上)《全面回憶》中The Fall穿越地心時進入重力翻轉狀態的劇照。 

　　(下)“墜道”內景。

　　Credit：電影《全面回憶》

　　物體受重力牽引自由下落，全程處於失重狀態。隨着物體靠近地心，距離變短，加速度越來越小。經過地心後，重力變換方向，物體做減速運動，且減速程度越來越大。

　　速度隨距離變化的節點

　　（摘自《地球大炮》）

　　向上滑動閲覽

　　您現在已到達100公里深度，速度1.4公里/秒，

　　您已經穿過莫霍不連續面，由地殼進入地幔。

　　您現在已到達300公里深度，速度2.4公里/秒，

　　已進入地幔黏性物質區。

　　您現在已到達1500公里深度，速度5.1公里/秒，

　　已進入地幔剛性物質區。

　　您現在已到達2800公里深度，速度6.5公里/秒，

　　您正在穿過古騰堡不連續面，進入地核。

　　您現在已到達4100公里深度，速度米7.5公里/秒，

　　正處於液態地核中部。

　　您現在已到達5400公里深度，速度米7.7公里/秒，

　　正在接近固態地核。

　　您現在已到達6300公里深度，速度8公里/秒，

　　正在穿過地心！

　　您已通過地心，現在正在上升，並開始減速。

　　您已經上升了500公里，速度7.8公里/秒，

　　仍在固態地核中。

　　您現在已從地心上升了2200公里，速度7.5公里/秒，

　　已重新進入地核的液態部分。

　　您現在已從地心上升了3500公里，速度6.5公里/秒，

　　正在穿過古騰堡不連續面，重新進入地幔。

　　您現在已從地心上升了4800公里，速度5.1公里/秒，

　　正在穿過地幔的剛性物質區。

　　您現在已從地心上升了6000公里，速度2.4公里/秒，

　　正在穿過地幔的黏性物質區。

　　您現在已從地心上升了6200公里，速度1.4公里/秒，

　　已經穿過莫霍不連續面，進入地殼。

　　注意，您正在接近地球隧道的南極頂點！

　　地球內部的圈層結構簡圖

　　Credit：Georg Heinrich Smiäss

　　隧道的結構？

　　《地球大炮》的背景故事中，地球隧道服務於中國的“南極庭院計劃”，穿過地心，由中國的漠河穿過地球到達南極大陸的最東端南極半島。在未來的世界，能源枯竭，土地資源不足，經過激烈的政治鬥爭，人類達成共識，決定共同開發南極，在此之前銷燬所有核武器。

　　科學家在銷燬核武器的過程中，開發了利用小型核爆炸製造“新固態”材料的“糖衣”技術，這種“新固態”材料具有超高密度，可以在堅硬的岩石、灼熱的岩漿中不斷下沉，也正是利用這種材料，人們打通了“地球隧道”，構築了地球隧道牢固的外殼。這種“新固態”材料甚至替代了鋼鐵的地位，成為了未來社會的“材料之王”。

　　在小説中，地球隧道並不是一條直線，也沒有通過真正的地心，而是一條精心設計過的平滑曲線，與地軸成一定角度。這樣在隧道內運動的物體正好可以無摩擦地通過，不會與隧道壁發生碰撞。

　　理論上，如果修直線隧道，只有貫通南北極才可以保證物體與隧道壁無碰撞、無摩擦地通過，如果在其他地區強行打下直線隧道，由於這條直線繞自轉軸轉動，直線上的點的圓周運動線速度處處不相等，物體將在隧道內部彈來彈去，損失大量動能。

　　隧道里每隔1公里設置一個井圈，主角被扔進地球隧道以後，看到井圈閃爍着幽藍的光芒，起先還能分辨，後來隨着速度加快，藍色的光輝連成一片。地心前後的井圈發出紅色的光芒，以第一宇宙速度穿過這發着紅光的地心隧道，“彷彿漂行在地球的血管中”。經過地心以後，開始減速，藍色光圈也逐漸變得清晰可辨，最後到隧道的另一端，速度變為0。

　　●危險！

　　理想和現實總有差距。地心列車開始運營後，發生了慘絕人寰的“螺栓失落”災難。一名工人在漠河站檢修時，不慎將一顆直徑不足10釐米的螺栓掉入隧道。這枚螺栓是用能夠吸收電磁波的材料製造的，因此沒有被安全監測系統的雷達檢測到。

　　螺栓在隧道中一直墜落，穿過地球到達南極站，接着向回墜落，在到達地心時擊中了一列正在向南極上升的地心列車。螺栓與列車的相對速度高達16km/s，像一顆炸彈，穿透頭兩節車廂，把沿路的一切都汽化了，包括列車上的乘客。爆炸產生的大量碎片在隧道中來回運行，使得線路被迫中斷，三千餘名乘客全部死亡。人們用了一個月時間才把隧道中的碎片清理乾淨。

　　雖然通過地球隧道的運輸方便快捷，但由於建設工程的巨大投資，地心列車的運輸費用極其昂貴，抵消了它的長處。地球隧道的建設對全球環境造成了永久的破壞；人類的南極夢破滅了，蜂擁而來的工業和過度的開發毀掉了這個地球上僅存的潔淨世界。很快，聯合國所有的成員國再次達成共識，人類全面撤出南極大陸。隨着向南極運輸需求的驟減，在螺栓失落災難後，地心列車完全停止了運營，地球隧道被封閉。

　　●隧道→大炮

　　在地球隧道廢棄後三十年內，全球環境進一步惡化，污染和臭氧層破壞使各大陸最後的植被迅速消失，可呼吸的空氣已成了商品……為拯救地球的生態，人類想把地球上的重工業轉移到太空或月球。然而，此時採取任何消耗大量能源的方法都會造成反效果。這時，人們的視線又回到了廢棄已久的地球隧道上。

　　人們利用一種新型的導電性優良的“新固態”材料製成粗導線，纏繞在後半段地球隧道外表面。從地核中採集豐富的電流，將它們彙集到隧道線圈上，使隧道中充滿了強磁場，再給物體上的超導線圈加電流，產生的安培力驅動物體不斷加速，到隧道的南極口以15km/s的高速射出。雖然穿過大氣，衰減一部分速度，但被加速物體的終速度仍能高於逃逸速度。

　　就這樣，將“地球隧道”改造成“地球大炮”，即向宇宙發送各種物體的巨型電磁炮。

　　線圈型電磁炮的模型圖

　　圖源嗶哩嗶哩up主：習雪小半月

　　“地球大炮的炮管中每時每刻都同時運行着五六顆‘炮彈’，這樣它每過八到十分鐘就射出一艘太空船，所以現在進入太空就如乘地鐵一樣便捷。在二十年前工業大遷移開始時，是發射最頻繁的時期，炮管中往往同時有二十多顆‘炮彈’在加速，地球大炮以兩三分鐘一發的頻率向太空急促地射擊，一批批太空船組成了上升的流星雨，那是人類向命運的莊嚴挑戰，真是壯觀！”

　　●想想還是算了

　　地球隧道或許永遠只是一個空想，因為向地下的鑽探技術太難、成本太高，建設隧道所用到的材料很難研發，沒必要付出如此巨大的代價。

　　上世紀70年代，前蘇聯組織了一批科學家，在科拉進行鑽探地球的活動，並取名為“地球望遠鏡計劃”。

　　鑽探剛開始時，地殼層表面的土壤較為鬆軟，挖掘工作非常簡單，技術含量並不高，進展較快。但問題很快出現：花費好幾個月打的孔，竟然是歪的。在修正這個問題後，人們又遇到了第二個難題，隨着鑽探加深，地質越來越硬，鑽頭很容易壞掉。一來一回地更換鑽頭的時間，要遠遠高於鑽頭工作的時間。

　　當鑽孔足夠深時，人們發現地底下的温度達到了將近400攝氏度，壓強也比地球表面要強。高温高壓下，鑽頭損壞的頻率更高了，科學家們只好大量進口耐高温高壓鑽頭，但依然不能降低損壞的概率。鑽孔最終的深度停留在12262米，遠遠沒有達到計劃的深度。1992年，俄羅斯政府決定停止鑽探，因為該項目投入資金巨大，而回報非常少，國家無力負擔。

　　科拉超深鑽孔工程的外觀

　　Credit：Andre Belozeroff

　　廢棄後的科拉超深鑽孔“井口”外觀照片。網絡上流傳的科拉鑽孔的圖片大多數是鑽石礦井的圖片假冒的。實際上科拉鑽孔很小，比人的身體寬度還小一些，沒有鑽孔內部的圖片。在1995年鑽孔項目停止後，鑽孔封閉，建築廢棄，後來項目建築被徹底摧毀。

　　Credit：網絡

　　地球深部的物質並不是固態的，而是岩漿一般的熔融狀物質，即使我們發明了耐高温鑽頭，鑽透地殼之後，熔融物也會像水一樣隨時補充進來。更可怕的是，由於壓強較大，熔融物會滲入地殼的薄弱處，形成火山噴發，如果沒有合適的技術阻攔熔融物的自發噴出，那鑽透地殼的後果是不堪設想的。

　　●小結

　　劉慈欣擅長將工業化過程和科學技術塑造成某種強大的力量，其作品中洋溢着英雄主義的情懷。大劉的小説似乎一直傳達了這種古典科幻精神，即眼前的得失、個人的得失小於長遠的利益；也許眼前的災難，正是以後造福人類的先決條件。

　　正如《地球大炮》中，沈華北所説：“長城和金字塔都是完全失敗的超級工程，前者沒能擋住北方騎馬民族的入侵，後者也沒能使其中的法老木乃伊復活，但時間使這些都無關緊要，只有凝結於其上的人類精神永遠光彩照人！”

　　參考資料：

　　[1]嗶哩嗶哩專欄cv665277 作者：FunInCode

　　[2]劉慈欣：《地球大炮》

　　（百度小説鏈接：http://dushu.baidu.com/pc/detail?gid=4355213364）

　　[3]搜狐用户：鍾銘聊科學：《人類可不可以鑽透地球？蘇聯用了24年實驗最終得出結論》

　　[4]Youtube視頻：www.youtube.com/watch?v=ZczwzVhai9E

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美國宇航局泰坦飛行器（Titan Drone）概念圖。它將被送上土衞六（泰坦）進行探測任務，但是發射已經推遲到2027年。

Image Credit: NASA