六、数据打不过情绪
火星主任委员桑柯夫会晤地球议员狄格比。桑柯夫摊开数据:地球约有四亿立方英里海水,每立方英里重四十五亿吨;每趟飞行实际耗水不到一万吨,希尔德号称一百万吨“根本在胡扯”;就算一年五万次飞行,一年也才耗一立方英里——一百万年内,地球只损失总水量的千分之二十五。狄格比苦笑:星际联盟早用同样的数据驳斥过希尔德,“但是你却无法用冷冰冰的数字去对抗巨大的热烈情绪”——旱灾中的农夫要的只是一个可以咒骂的对象。更妙的是“浪费调查委员会”这个政治陷阱:四分之三的议员认为它无聊,却没有哪个立法员敢反对调查浪费。狄格比的结论冰冷:除非火星在地球以外找到水源,否则只能全体撤回地球。桑柯夫找到隆:“你说对了,孩子。”而隆已募到志愿者——“我已说服玛利欧·理奥兹加入了,你知道他是最好的一个。”
七、五十万英里的飘浮
船队升离黄道面,飞越木星轨道。数月航程中诞生了“太空飘浮”:拾荒缆绳一端锁住太空装、一端锁上舱壳,轻轻一蹬便无重飘起;抓绳力道恰到好处时,摩擦力将人停住,人与船同速,船便如静止在脚下。无重力的快感不可言喻,“日子总是不嫌长,且日子永远不够长”。土星从一个光点长成椭圆发光团(“为什么是椭圆形?”“当然罗,是它的光环的缘故”),最终填满半个天空。理奥兹看得入神,颈部向左偏转时,身体其余部分向右微微倾斜——角动量守恒。他在土星五十万英里的高空上,舒服地进入了梦乡。
八、冰船
土星环并非固体的发光带,而是由冰碎块组成的群体——这是分光仪侦测推得的结论,如今被他们亲眼证实。船队选中一块长度超过两英里、厚度将近一英里的冰块:大约五亿吨水。真正的突破是隆想通的推进逻辑:推动飞船靠的是动量——一吨水以每秒二英里向后喷出,与少量水以每秒二十英里喷出,效果相同,都能得到相同的船速;喷嘴越窄气流越快,但摩擦与紊流的能量损失、喷嘴的控制与寿命,很快到达极限;于是船越造越大、结构负担越重,又撞到另一堵墙。所有困局的根子,是一个牢不可破的思维定式——“燃料必须在太空船内部”。为什么?水不一定是水,它可以是冰;冰可以自己塑型、可以挖洞;把航行舱头和喷嘴安置进冰洞里,用电磁缆绳的力场牢牢固定——冰既是推进剂,又是船体。施工中,失重环境的物理学也来捣乱:六尺高的重型热量投射机重力不足一盎司,惯量却分毫未减,喀拉斯基把虚拟重力场调过了头,膝盖成了这次远征的第一件伤害报告。
九、影块危机
危机恰恰来自他们自己:二十五艘船登陆、一星期单方向切割熔冰,已经稍稍改变了冰块的角动量。二十英里外的“影块”变大了——史文森回船观测了四遍:“正朝我们的鼻子过来,轨道的交会将在三天后。”撤离已无可能:没有足够的燃料和设备再去找另一块冰。唯一的活路是继续切割,但从另一端下手,再以六小时不间断的喷射,把整块冰推离土星重力的束缚。燃烧停止时,影块带着清晰可见的山脊从半英里外掠过——冰块已然脱轨,再也没有任何东西能威胁他们。

十、火星卖水
归程一天的路程,等于来时的九天:二十五艘船冻结在冰中合为一艘,速度提升到每小时一百万英里,从距太阳一千万英里的高空转向火星轨道。地球上,希尔德选情稳操胜算,调查委员会逼桑柯夫签下“每年限供一百万吨水”的协定——桑柯夫要的正是这句记录在案的话:“你们地球上现在有数千兆吨重的水,却一滴都不能浪费。”一天半后,边长将近一英里的冰山在记者眼前缓缓降落在火星港。桑柯夫平静宣告:这是土星环上的一小片碎块,装着地球愿意供应我们两百年的水;孩子们回程五星期烧掉了大约一亿吨,冰山上却看不出一点凹槽。“麻烦你们记载下来:我们会卖水给地球。”主任调查委员看见了那道黑暗无底的深渊——掉进去的是希尔德,和地球上每一个反对太空飞行的人的政治前途。旁边的小房间里,朵拉·史文森高兴地大声尖叫,长高了两英寸的彼得又蹦又跳:“爹地!爹地!”( 改编自阿西莫夫的科幻小说《火星方式》)
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28 |
六 |
地球约四亿立方英里海水,每立方英里重四十五亿吨 |
大数乘法:总量估算 |
小学数学 |
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29 |
六 |
每趟实际耗水不到一万吨,希尔德号称一百万吨 |
数量级估算;识别百倍夸张的宣传数字 |
初中数学/辨析点 |
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30 |
六 |
一年五万次飞行耗一立方英里,百万年损失千分之廿五 |
比例与量级:把大账算清楚 |
初中数学 |
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36 |
七 |
缆绳一端锁太空装一端锁舱壳,轻轻一蹬便无重飘起 |
失重环境与牛顿第一定律:无阻力则匀速漂移 |
初中物理 |
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七 |
抓绳力道恰到好处,摩擦力将人停住,人与船同速,船如静止脚下 |
相对运动:同速即相对静止;摩擦力作用 |
高中物理 |
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38 |
七 |
土星从光点长成椭圆发光团——是它的光环 |
天文观测:行星环与视形状 |
小学科学 |
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39 |
七 |
颈部向左偏转,身体其余部分向右微微倾斜 |
角动量守恒:身体的反作用转动 |
高中物理 |
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七 |
“日子总是不嫌长,且日子永远不够长” |
通感与抒情:写极致体验 |
小学语文/初中语文 |
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41 |
八 |
土星环是冰碎块群体——分光仪侦测推得,如今亲眼证实 |
科学方法:假说—观测—验证 |
小学科学 |
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42 |
八 |
冰块长超两英里、厚近一英里,约五亿吨水 |
体积与质量估算:从几何尺寸到水量 |
初中数学 |
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43 |
八 |
一吨水每秒二英里=少量水每秒二十英里,船速相同 |
动量守恒:质量×速度的等效 |
高中物理 |
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44 |
八 |
喷嘴越窄气流越快,但摩擦紊流损失、控制与寿命到达极限 |
工程极限:效率与约束的权衡 |
高中物理 |
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45 |
八 |
困局的根子是思维定式——“燃料必须在太空船内部” |
批判性思维:追问前提、打破定式 |
初中道德与法治/辨析点 |
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八 |
冰自己塑型挖洞,舱头喷嘴埋进冰洞——冰既是推进剂又是船体 |
工程创新:结构—功能一体化设计 |
初中信息科技(工程设计) |
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47 |
八 |
热量投射机重力不足一盎司,惯量分毫未减,膝盖成首伤 |
质量是惯性的量度:失重≠无惯性 |
高中物理 |
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48 |
九 |
二十五艘船登陆、一星期单方向切割,稍稍改变了冰块的角动量 |
角动量扰动:工程活动改变轨道状态 |
高中物理 |
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49 |
九 |
二十英里外的影块变大,轨道交会将在三天后 |
轨道交会判断:相对位置与时间窗口 |
高中物理/初中数学 |
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51 |
九 |
从另一端切割,六小时不间断喷射,把冰推离土星重力束缚 |
持续推力变轨:工质抛射改变轨迹 |
高中物理 |
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52 |
九 |
影块带着山脊从半英里外掠过 |
距离余量:擦肩而过的定量描写 |
初中数学 |
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53 |
十 |
归程一天=来时九天;时速提升到一百万英里 |
速度对比与倍数关系 |
初中数学 |
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54 |
十 |
二十五艘船冻结在冰中合为一艘 |
结构创新:整冰即舰队 |
初中信息科技(工程设计) |
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十 |
冰山整体降落火星港:火星低温低重力 |
环境条件:物态与重力的适配 |
小学科学 |
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57 |
十 |
一块冰=地球愿供两百年的水;烧掉一亿吨看不出凹槽 |
存量与流量换算;比例的直观感 |
初中数学 |