如果要騎車到月球，需要帶多少天的乾糧才夠用？

50年前，1969年7月20日，美國太空總署太空人尼爾‧阿姆斯壯（Neil Armstrong）成為登月第一人，許多人現今仍認為人類登陸月球是一件非常酷的事情，他們是不折不扣的太空英雄。

考慮到新時代太空探索應當倡導低碳環保主義，讓我們計算一下騎腳踏車到達月球需要多少時間？

什麼？騎腳踏車到月球？是的，計算騎腳踏車到達月球涉及到許多的物理問題，讓從科學的角度整理一下，騎車到月球究竟要多久？

首先需要連接地球和月球的一條超級纜繩。現實畢竟與科幻電影《E.T. 外星人》不同，劇情裡外星人和小男孩騎著腳踏車飛向月球，如果你接受這項太空任務，你會有一輛漂亮的白色太空腳踏車，基於特殊的車輪沿著線纜前行（我們假設騎車過程中沒有摩擦能量損耗）。車輪只朝向一個方向先進，所以當你停下來休息時，不會從高空中摔落下來。

需要說明的是，阿波羅11號太空船僅用4天時間就實現登陸月球。毫無疑問，從地球騎腳踏車抵達將超過4天時間，那到底需要多長時間才能到達呢？

腳踏車「起飛」並不簡單！

起步之前，我們需要一些確切的物理資料，第一，地球距離月球有多遠？由於月球環繞地球的軌道並不是一個標準圓形，所以沒有一個完美答案，但讓我們以38.6萬公里（合計24萬英里）的平均距離進行計算。

現在你可能會想，一個人每小時騎15英里，用24萬英里除以15英里就是騎腳踏車到月球所需時間！這是錯誤的，人們可以在平坦的路面上以每小時15英里的速度行駛，但你現在需要考慮的是向太空方向騎腳踏車，你將沿著筆直向上的方向行駛。之後計算數據將變得更加複雜，當你離地球越遠，引力就會不斷減小，每天消耗相同的能量，但每天騎的里程數越來越多，最終當你距離月球非常近的時候，將變成一個下坡旅程，你可以毫不費力地滑行，最終著陸在月球表面。

因此，我們不能以一個平均騎車速度來計算抵達月球的時間，在太空旅程中，騎車速度是變化的，可以以騎手的能量輸出進行計算。如果你是一位環法自行車賽騎手，一天騎6小時大約產生200瓦能量，目前我們就以一位環法自行車騎手的標準進行計算。

接下來，我們需要計算騎特殊設計的月球自行車行駛一小段距離（Δy）所需多長時間，假設引力場強度是g（單位：牛頓/千克），騎手短途攀升所需重力位能（UG）:

在這個表達式中，m是騎手的體重（以公斤為單位），由於騎手輸出體量（P）是能量除以時間變化量的相應數值，我可以使用自己的輸出體量計算短途攀升所耗時間（Δt）：

為什麼我要使用短途攀升進行計算呢？很快就會清楚，首先，讓我們快速檢查一下：假設人類的體重為75公斤，輸出體能為200瓦，攀升1公尺需要多長時間？透過公式計算出的時間是3.675秒。

是不是所用時間太長了？如果你用1秒時間爬上1公尺高的樓梯，似乎能說得通，但是用了3.675秒，顯然是比較慢的；如果你使用超過200瓦的體量，並且想像一下，連續6個小時保持該速度，用3.675秒似乎是合理的。

必須面對重力變化！

在地月腳踏車整個旅程中，我們能面對與地面相同的重力作用嗎？恐怕不會。問題在g因子，當你爬相同的樓梯時，你會感到重力作用未發生變化，但是隨著距離地心越來越遠，重力場將相應地逐漸減弱，我們透過下面的公式可以計算出重力場向量數值：

在這張圖中，如果你是空間中的那個灰點，我們可以使用右邊的方程式計算出這個灰點的重力，G是萬有引力常數，ME是地球的質量，r是地球中心到你所在位置的向量。

但是等一等！並非只有地球存在重力，月球也存在重力作用，所以我們需要在方程式中添加另一項，假設月球的質量是mm，從地球至月球的距離是R，現在我可以計算出總重力場：

我將g設定為正值是不準確的，但這樣就會和我之前計算的地球表面相關數值相匹配，以下是地球和月球重力場對比圖。

在地球表面，重力場數值是9.8 N/kg，在月球表面，重力場方向相反，數值為1.6 N/kg，這也證實了月球重力場強度大約是地球的六分之一。

然而在整個地月騎車旅程中，重力影響不是零，但是它們非常小，從地球上啟程的時候，重力數值很大，但是一旦你行駛1000英里，來自地球的重力作用僅是地面的10%，人們可能認為這離開地球很遠了，但是你需要記住地月平均距離為24萬英里，隨著騎手行駛腳踏車距離地球越來越遠，之後你就可以加快速度了。在即將抵達月球的最後時刻，這是一個很容易抵達月球表面的階段，也許最終自行車登陸月球的速度會很快。

267 天！

下面的一個公式可以計算出重力場，我可以基於人體體量輸出，重複計算地月旅行時間，可以計算出地月旅程中每一小段距離行駛所需時間，這並不是整個旅程，當騎手接近月球表面時，將走一段「下坡路」。

最終計算顯示，人們騎自行車抵達月球需要267天，這真得令人感到驚訝，比人們所想像的時間更少，以24萬英里的距離進行計算，騎手的平均速度是37英里/小時。當然，這並非是輕鬆的旅程，騎手在267天裡將24小時不停地高強度蹬車，相反，如果你每天只踩6個小時的踏板，所需時間將是4倍，1068天，也就是說幾乎要花3年時間。

最後的旅程是怎樣的呢？當騎手完成「上坡路」之後，他可以選擇停止踩踏板，此時你基本上會以相同的速度繼續前行，直到你距離月球更近，這仍然是非常快的，一旦你到達月球表面，你就會像隕石一樣墜落在月球表面，這個速度有多快呢？以下是自行車接近月球隨時間變化的曲線圖：

是的，這是一輛超快的月球自行車，在大約騎行258天時，你將達到100公尺/秒（約220英里/小時），一週左右之後，你就會真正體驗一段美好的旅程，感受一下「玩命關頭」——1000公尺/秒（約2200英里/小時）。

當重力場作用變得非常小的時候，騎手的所有能量都將用於加速，但實際上，我們的計算模型中存在一個錯誤，自行車地月旅程可能會更快！計算考慮了所有來自人體能量轉化為重力勢能來增加距離，但當重力場較低時，它真的不需要太多時間來「向上」移動，所以你會以超快的速度終結。這個模型沒有直接考慮動能的變化，它假設騎手在每一步開始時的速度都為零，但我仍然認為整體時間計算似乎是合理的。