June 13, 2006
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文章轉錄自科景網。
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義大利科學家認為，奈米碳管恐怕撐不住太空電梯。
太空電梯（space elevator）是構想中往來地球與太空的一種交通工具。電梯攀附在全長大約10萬公里的強韌纜繩上，纜繩其中一端連接在地表基地站，另一端縛上平衡物，若能使整體的質量中心保持在地球的同步衛星軌道，這樣，電梯就能順著筆直的纜繩升降運送物資。而建造太空電梯的首要問題就是纜繩，不僅要強韌還要質輕。
自從奈米碳管問世後，立即成為纜繩的最佳選擇：若用最小的碳密度（1.3g/cm3）來計算，並以寬約1公尺，厚如薄紙的形態做為電梯纜繩，則需要有63GPa的應力強度。而根據張力實驗，用單一的奈米碳管，理想上可以承受平均100GPa的應力，高於電梯纜繩需求。不過壞消息是，科學家發現即使是目前品質最佳的奈米碳管，都免不了有缺陷-大約4微米會少一個碳原子。
義大利杜林理工學院（polytechnic of Turin）科學家Nicola Pugno 根據模式計算發現，存在的缺陷會造成纜繩強度下降至少70％，意思是纜繩實際強度可能會低於30GPa，無法支持太空電梯運作。Pugno的模式結果已有實驗支持：多數的奈米碳管纜繩，強度其實遠低於1GPa。這篇研究論文已張貼在arXiv【註】，並將刊登在7月號的物理期刊Condensed Matter上。
從百奈米級的奈米碳管組成10萬公里的纜繩，當中的原子缺陷將造成整體強度減弱，即使我們可以製造完美無缺的奈米碳管纜繩，仍無法避免營運時，纜繩因受到微隕石、軌道中的人造物體撞擊、甚至是高空氧原子的侵蝕損傷而降低強度。
向NASA提出太空電梯可行性計畫的Bradley Edwards認為：若將纜繩以更緊密的方式纏繞，將可藉由增加的摩擦力來提升纜繩強度。但是，達拉斯奈米科技學院科學家Ray Baughman反駁了這個說法，他的研究團隊以類似於Edwards構想的方式來纏繞纜繩，製造出的纜繩強度仍是低於1GPa。
現在不可行並不代表永遠行不了，搭電梯上太空，再等一等囉！
【註】Pugno et al., on the strength of the carbon nanotube-based space elevator cable: from nano- to mega-mechanics, arxive preprint server, http//xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0601668. (2006)
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根據維基百科，太空電梯的構想早在1895年就有人提出，在許多科幻小說也是被描述的題材。現在，太空電梯則是很可能被付諸實現的一個夢想──但仍有著技術上的問題等待解決。
有看過《紅火星》（Red Mars）的人，就會知道在這本科幻小說中，科學家們在火星上建造了能將貨物運輸自軌道的超級電梯，這樣一來就不需要浪費燃料讓太空船起飛和降落，而且停在軌道上的太空船可以利用電梯終端的動量輕易脫離星球，對於星際飛行、運輸等方面能節省非常多的成本。當然，這本小說也探討了如果電梯垮掉，會發生什麼「災情」。
對科學了解夠多的人可看這個網頁，對太空電梯的科學有頗詳盡的探討。其他人則可參考這裡，看看有哪些科幻小說、出版品或影視有出現過太空電梯。
