正文 第250章 人造栖息地
李水旺新一期视频：
我们曾经探讨过如何建造依靠旋转来产生重力的人造栖息地。
今天，我们要着眼于建造另一种人造栖息地，
这类栖息地的重力是单纯依靠自身巨大质量来提供的。
显然，建造一颗行星是一项规模相当浩大的工程，
而且会耗费海量的物质材料，
但这项工程本身并不像其他许多巨型建筑那样需要极高的技术水平。
它实际上更偏向于一种资源密集型的项目。
在地球上，每平方英尺的陆地下方，
都蕴藏着大约一百万吨的岩石和岩浆。
而对于旋转式栖息地来说，
即便是那种结构相当复杂、体积庞大的类型，
每平方英尺也只需要几吨的材料就足够了。
正因如此，这种人造行星通常被认为是不切实际的。
但在很多人看来，这类人造行星却有着更大的吸引力。
所以今天，我们要讨论这个概念的一个变体，
一种相对更具可行性的变体——壳体世界。
壳体世界的设计理念是，
不必整个结构体都采用岩石和金属这类密度极大的物质来建造。
壳体世界是在某种填充材料的外围，
包裹一层由岩石、水和空气构成的薄层外壳。
这样一来，壳体世界的材料消耗量就和旋转式栖息地相差无几了。
额外需要的只有填充材料，
这种填充材料在低技术版本的壳体世界中可以是氢或氦，
而在技术更先进的版本里，则可以使用人造黑洞或者暗物质之类的物质，
关于这一点，我们稍后再详细说明。
壳体世界的另一大优势在于，
它能让我们建造出不同大小的人造行星，
同时还能保证其表面拥有和地球相同的重力环境。
你也可以根据需求，将重力调整得比地球重力更高或者更低。
但壳体世界真正的魅力在于，
从实际应用的角度来说，它能够完美复刻地球的环境。
那么，我们先来快速了解一下重力的相关知识。
当你处于一个球体的外部时，
这个球体对你产生的引力大小与它的总质量成正比，
与你和它之间距离的平方成反比。
也就是说，
如果球体的质量增加一倍，
它对你产生的引力也会随之增加一倍；
如果质量增加三倍，
引力同样会增加三倍。
反过来讲，
如果你的距离增加一倍，
受到的引力就会减弱至原来的四分之一；
距离增加三倍，
引力就会减弱至原来的九分之一；
距离增加十倍，
引力就只剩下原来的百分之一了。
但如果我们将一个类似地球的天体按比例放大，
比如把它的半径增加一倍，
那么它表面的重力就不会保持原来的水平了。
因为球体的体积与半径的立方成正比，
半径翻倍后，体积会变成原来的八倍，
质量也会随之增加到原来的八倍，
引力强度原本也应该变为原来的八倍。
但与此同时，
你和天体中心的距离也增加了一倍，
这会导致引力减弱至原来的四分之一。
用八乘以四分之一，结果是二，
所以这个被放大后的“地球”，其表面重力会是原来的两倍。
这显然不是我们想要的结果。
要解决这个问题，
我们可以使用密度只有原来一半的填充材料，
这样就能让天体的总质量也减少一半。
同理，
如果你想建造一个半径只有地球一半大，
但表面重力却和地球相同的行星，
就需要使用密度是地球物质两倍的填充材料。
这就是氢或氦这类气体能够派上大用场的原因。
你可以通过改变气体的压力来调整它的密度。
如果操作得当，
甚至可以利用高温高压的气体来抵消外壳的重量，
这样一来，外壳就不需要具备特别高的强度了。
我有时会把壳体世界的这种变体称为“气球世界”。
气球内部的气压高于外部的大气压，
以此来抵消气球橡胶壁的张力，
壳体世界的这个变体运用的正是同样的原理。
实际上，
如果设计合理，
你甚至可以在这样的壳体世界上形成巨大的板块构造。
但关键在于，
要想让壳体世界拥有和地球相同的重力，
填充材料的密度必须与它和地球的尺寸比例成反比。
无论壳体世界的直径或半径与地球相比是多少，
填充材料的密度都要与之成反比。
直径扩大到地球的三倍，
填充材料的密度就需要降到地球物质密度的三分之一；
建造一个直径只有地球十分之一的行星，
填充材料的密度就需要达到地球物质密度的十倍。
另外一点非常关键的是，
无论你建造的壳体世界体积是大是小，
它每平方英尺的居住面积所消耗的材料质量都是相同的，
都是一百万吨。
不管你的壳体世界直径只有几十英里，
还是像土星那么大，
每平方英尺的生活区都需要消耗一百万吨的物质。
土星就是一个绝佳的例子。
土星的质量大约是地球的一百倍，
直径大约是地球的十倍。
如果我们在土星外围建造一个壳体，
那么这个壳体表面的重力就会和地球重力完全相同，
而且这个行星的居住面积将是地球的一百倍。
实际上，
真正起决定性作用的是天体的平均密度。
构成天体的物质甚至可以全部集中在一个点上，
比如，你可以把一个人造黑洞放置在某个位置，
然后围绕它建造一个壳体外壳。
如果你建造的壳体没有内部压力来支撑，
那么它就必须具备极高的强度。
如果有非常坚硬且强度极高的材料可用，
那自然不成问题。
但在很多情况下，
壳体所需要的强度远远超出了目前人类已知的任何材料的承受范围。
这时候，
我们之前讨论过的轨道环就可以发挥作用了。
轨道环的原理是利用一群围绕行星运行的粒子流，
其运行模式和行星的环带类似，
通过磁力悬浮的方式，
就可以将壳体材料支撑在轨道环的上方。
建造轨道环的过程中，
它看起来是一个静止不动的固体结构，
但实际上，
它内部有大量物质在围绕行星高速运动，
就像一根被弯成圆环形状、装满了流动水的水管。
轨道环上承载的质量越大，
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我们曾经探讨过如何建造依靠旋转来产生重力的人造栖息地。
今天，我们要着眼于建造另一种人造栖息地，
这类栖息地的重力是单纯依靠自身巨大质量来提供的。
显然，建造一颗行星是一项规模相当浩大的工程，
而且会耗费海量的物质材料，
但这项工程本身并不像其他许多巨型建筑那样需要极高的技术水平。
它实际上更偏向于一种资源密集型的项目。
在地球上，每平方英尺的陆地下方，
都蕴藏着大约一百万吨的岩石和岩浆。
而对于旋转式栖息地来说，
即便是那种结构相当复杂、体积庞大的类型，
每平方英尺也只需要几吨的材料就足够了。
正因如此，这种人造行星通常被认为是不切实际的。
但在很多人看来，这类人造行星却有着更大的吸引力。
所以今天，我们要讨论这个概念的一个变体，
一种相对更具可行性的变体——壳体世界。
壳体世界的设计理念是，
不必整个结构体都采用岩石和金属这类密度极大的物质来建造。
壳体世界是在某种填充材料的外围，
包裹一层由岩石、水和空气构成的薄层外壳。
这样一来，壳体世界的材料消耗量就和旋转式栖息地相差无几了。
额外需要的只有填充材料，
这种填充材料在低技术版本的壳体世界中可以是氢或氦，
而在技术更先进的版本里，则可以使用人造黑洞或者暗物质之类的物质，
关于这一点，我们稍后再详细说明。
壳体世界的另一大优势在于，
它能让我们建造出不同大小的人造行星，
同时还能保证其表面拥有和地球相同的重力环境。
你也可以根据需求，将重力调整得比地球重力更高或者更低。
但壳体世界真正的魅力在于，
从实际应用的角度来说，它能够完美复刻地球的环境。
那么，我们先来快速了解一下重力的相关知识。
当你处于一个球体的外部时，
这个球体对你产生的引力大小与它的总质量成正比，
与你和它之间距离的平方成反比。
也就是说，
如果球体的质量增加一倍，
它对你产生的引力也会随之增加一倍；
如果质量增加三倍，
引力同样会增加三倍。
反过来讲，
如果你的距离增加一倍，
受到的引力就会减弱至原来的四分之一；
距离增加三倍，
引力就会减弱至原来的九分之一；
距离增加十倍，
引力就只剩下原来的百分之一了。
但如果我们将一个类似地球的天体按比例放大，
比如把它的半径增加一倍，
那么它表面的重力就不会保持原来的水平了。
因为球体的体积与半径的立方成正比，
半径翻倍后，体积会变成原来的八倍，
质量也会随之增加到原来的八倍，
引力强度原本也应该变为原来的八倍。
但与此同时，
你和天体中心的距离也增加了一倍，
这会导致引力减弱至原来的四分之一。
用八乘以四分之一，结果是二，
所以这个被放大后的“地球”，其表面重力会是原来的两倍。
这显然不是我们想要的结果。
要解决这个问题，
我们可以使用密度只有原来一半的填充材料，
这样就能让天体的总质量也减少一半。
同理，
如果你想建造一个半径只有地球一半大，
但表面重力却和地球相同的行星，
就需要使用密度是地球物质两倍的填充材料。
这就是氢或氦这类气体能够派上大用场的原因。
你可以通过改变气体的压力来调整它的密度。
如果操作得当，
甚至可以利用高温高压的气体来抵消外壳的重量，
这样一来，外壳就不需要具备特别高的强度了。
我有时会把壳体世界的这种变体称为“气球世界”。
气球内部的气压高于外部的大气压，
以此来抵消气球橡胶壁的张力，
壳体世界的这个变体运用的正是同样的原理。
实际上，
如果设计合理，
你甚至可以在这样的壳体世界上形成巨大的板块构造。
但关键在于，
要想让壳体世界拥有和地球相同的重力，
填充材料的密度必须与它和地球的尺寸比例成反比。
无论壳体世界的直径或半径与地球相比是多少，
填充材料的密度都要与之成反比。
直径扩大到地球的三倍，
填充材料的密度就需要降到地球物质密度的三分之一；
建造一个直径只有地球十分之一的行星，
填充材料的密度就需要达到地球物质密度的十倍。
另外一点非常关键的是，
无论你建造的壳体世界体积是大是小，
它每平方英尺的居住面积所消耗的材料质量都是相同的，
都是一百万吨。
不管你的壳体世界直径只有几十英里，
还是像土星那么大，
每平方英尺的生活区都需要消耗一百万吨的物质。
土星就是一个绝佳的例子。
土星的质量大约是地球的一百倍，
直径大约是地球的十倍。
如果我们在土星外围建造一个壳体，
那么这个壳体表面的重力就会和地球重力完全相同，
而且这个行星的居住面积将是地球的一百倍。
实际上，
真正起决定性作用的是天体的平均密度。
构成天体的物质甚至可以全部集中在一个点上，
比如，你可以把一个人造黑洞放置在某个位置，
然后围绕它建造一个壳体外壳。
如果你建造的壳体没有内部压力来支撑，
那么它就必须具备极高的强度。
如果有非常坚硬且强度极高的材料可用，
那自然不成问题。
但在很多情况下，
壳体所需要的强度远远超出了目前人类已知的任何材料的承受范围。
这时候，
我们之前讨论过的轨道环就可以发挥作用了。
轨道环的原理是利用一群围绕行星运行的粒子流，
其运行模式和行星的环带类似，
通过磁力悬浮的方式，
就可以将壳体材料支撑在轨道环的上方。
建造轨道环的过程中，
它看起来是一个静止不动的固体结构，
但实际上，
它内部有大量物质在围绕行星高速运动，
就像一根被弯成圆环形状、装满了流动水的水管。
轨道环上承载的质量越大，
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