自転車で月へ行くにはどれくらいかかる？

50年前の1969年7月20日、ニール・アームストロングは人類として初めて月面に降り立ちました。月面着陸も、それが半世紀前のことであることも、私はいまだに驚いています。その歴史的な偉業に敬意を表し、また、月へ戻る計画を立てるにあたり、二酸化炭素排出量を考慮し、自転車で月へ行くのにどれくらい時間がかかるか試算してみようと思います。ジョン・F・ケネディ大統領が言ったように、私たちがこのようなことをするのは、簡単だからではなく、難しいからなのです。そして、物理学の素晴らしい問題を提起してくれるのです

では、実装の問題を片付けてしまいましょう。地球と月の間にケーブルを張る必要があるのは明らかです。そして、あなたがこの任務を引き受けることを選択した場合、ケーブルに沿って走るための特別なグリップのある車輪を備えた、おしゃれな白い NASA 自転車を持つことになります。 (摩擦によるエネルギー損失はないと仮定します。) ああ、車輪は一方向にしか動かないので、休んでいても落ちてくることはありません。

はっきりさせておきたいのは、この計画はアポロ計画にとって時間的にうまくいかなかっただろうということです。

ただ、はっきり言って、この計画はアポロ計画では時間的にうまくいかなかったでしょう。ケネディは10年が過ぎる前に月に人を乗せることを誓いましたが、実際、NASAはかろうじてそれを達成しました。幸いなことに、アポロ11号はわずか4日で月に到達した。自転車で行けば、その期限はあっという間だったでしょう。

出発

手始めに、作業するためのいくつかの事実が必要です。まず、月はどのくらい遠くにあるのでしょうか。地球の周りを回る月の軌道は完全な円形ではないので、答えはひとつではありません。しかし、ここでは平均的な距離として24万マイル（38万6千キロ）としましょう。

さて、あなたは、OK、人間は時速 15 マイルのペダルを踏むことができるので、それを使って旅行期間を計算できると思うかもしれません。いいえ。平坦な道なら時速15マイルで走れるかもしれませんが、この場合、上り坂のような、まっすぐな道を走ることになります。さらに、地球から遠ざかるにつれて、重力はどんどん小さくなっていくから、計算がとても複雑になる。毎日同じ努力をすれば、少しずつ遠くへ行けるようになる。

そこで、速度を見積もる代わりに、人間の出力を見積もることにします。ツール・ド・フランスのサイクリストであれば、1日6時間、200ワットの出力を出すことができるかもしれません。 (

次に、特別なムーンケーブル自転車でわずかな距離をΔy移動するのにかかる時間を計算したいと思います。重力場の強さをg（単位：キログラムあたりニュートン）とします。この短い登り坂での重力位置エネルギー（UG）の変化は、次のようになる。

The change of gravity equals the product of mass.つまり、重力は質量の積に等しい。重力と y の変化 — Rhett Allain

この式で、m は人間の質量 (キログラム単位)です。電力 (P) はエネルギーの変化を時間の変化で割ったものなので、電力の見積もりを使用して、少し上に移動するのにかかる時間 (Δt) を求めることができます。

Power and difference time equation — Rhett Allain

なぜ短距離を使用するか? それはすぐに明らかになります。まず、簡単な確認をしてみましょう。人間の質量が 75 kg (165 ポンド)、出力が 200 ワットであるとします。 1m上に移動するのに何分かかるでしょうか？

これは長すぎますか？そうですね、イエスでもありノーでもあります。たしかに、階段で1メートルの高さを1秒で移動することは可能です。しかし、200ワットをはるかに超える電力を使うことになります。そのペースを6時間維持することを想像してください。

変化する重力への対処

これと同じことを、月への旅の間中続けることができるでしょうか。残念ながら、そうではありません。問題はそのg係数です。階段を上っても重力が変化しないように感じるかもしれませんが、それはどこにも行かないうちに弱気になっただけです。重力場は、地球の中心からの距離が長くなるにつれて弱くなる。重力場の（ベクトル）値は、次の式で求めることができる。