书城自然科学精彩绚丽的宇宙时空
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第30章 未来展望(4)

这是因为地球对物体的万有引力作用。地球上的任何物体都逃脱不了地球引力的束缚。

人造卫星是怎么飞出地球,逃脱地球引力的束缚的呢?这是因为科学家赋予了它巨大的速度。

为了回答逃脱地球的速度该有多大,我们得讲一讲离心力。大家知道,月球和地球之间也有万有引力,为什么月球掉不下来呢?原因在于月球不断地绕地球旋转,在月球旋转的时候,它产生了离心力,这股离心力足以抗衡地球引力对它的束缚。所以它高高地悬挂在天上而不会掉下来。

因此,要让发射的人造卫星绕地球旋转而不掉下来,就需要使它具有能抗衡地球引力的离心力。

科学家算出,离心力的大小与圆周运动速度的平方成正比。据此我们可以算出,要使物体不落回地面的速度是7.9千米/秒,也就是说,物体如果达到7.9千米/秒的速度,它就会永远地绕地球运行而不会从天上掉下来。我们称之为第一宇宙速度,也叫环绕速度。

7.9千米/秒是个很大的速度。我们知道,声音在空气中的传播速度为334米/秒;风驰电掣般前进的火车,每秒钟只能跑20米。正是因为这个第一宇宙速度非常之大,所以在现代火箭发明之前,人类无法实现送人造卫星上天这一壮举。

如果物体的速度超过7.9千米/秒又会是什么样呢?通过计算和实验我们知道,这时物体的运动轨道将不是圆形而成了椭圆。速度越大,椭圆就压得越扁。当速度达到11.2千米/秒的时候,这个椭圆就合不拢来了。也就是说,物体将会逃离地球的束缚,飞向行星际空间。所以,11.2千米/秒,我们称它为第二宇宙速度,也叫脱离速度。人们若想要飞到月球或别的行星上去,就要达到这样的速度。

但是,物体达到第二宇宙速度,还不能摆脱太阳的控制。若是要到太阳系外去旅行,那就需要达到16.7千米/秒的第三宇宙速度。那么,脱离银河系的速度究竟要多大?科学家估算出在110~120千米/秒之间,我们就叫它为第四宇宙速度吧!它将是我们实现未来太空漫游的梦想和目标。

为什么人类要多次探测火星

在太阳系的九大行星中,火星和地球在许多地方十分相似:火星自转一周是24.66小时,昼夜只比地球上的一天多40分钟;火星自转倾斜角也和地球相近,所以火星上也有春夏秋冬四季的气候变化;火星上还有大气层。

1877年,意大利天文学家斯基帕雷用望远镜发现火星上有许多细长的暗线和暗区,他把暗线称为“水道”。有人干脆把“水道”翻译成英语的“运河”,暗区就成了“湖泊”。有运河就有智慧生命的大规模活动。于是,一个世纪以来,有关这颗红色星球上的火星人和火星生命的传说、猜测和探测不断出现。眼见为实,只有对火星进行逼近观测,才能彻底解开这些谜。20世纪50年代后,人类就开始了利用航天技术探测火星的努力。

早在1962年11月1日,前苏联发射了“火星1号”探测器,开始了人类对火星的逼近探测。

1965年,美国发射的“水手4号”探测器,在距离火星9280千米的高处,首次拍摄了22张火星照片。

1969年,“水手6号”和“水手7号”探测器观测了火星南极,并且发现火星大气中的二氧化氮含量高达95%。

1972年,“水手9号”探测器拍摄了7000多张火星照片,这些照片显示了火星表面70%区域中的峡谷、火山和干涸的河床。

1974年,前苏联发射的“火星5号”首次拍摄了火星的彩色照片。

“水手”系列探测器拍摄的大量照片表明,火星上根本没有什么运河。

那么,火星上究竟有没有生命呢?这必须对火星作进一步的了解,除了逼近观测外,还必须作着陆探测。

1976年,美国发射的“海盗1号”和“海盗2号”探测器携带的两个着陆器,在火星表面成功软着陆。它们测量了火星上的温度、风速、大气压,分析了火星大气和土壤的成分。“海盗号”还在空中拍得4500多张火星照片。令人失望的是,土壤分析结果没有发现生命物质,甚至没有找到有机化合物。但是,这两个着陆器只是随机降落在火星表面的两个点,能不能让探测器在火星上行走,去“寻找”人类感兴趣的目标呢?21年后,这个愿望实现了。

1996年12月,美国发射“火星探路者”探测器。1997年7月4日,“火星探路者”经过7个月的旅行,行程4.94亿千米,终于来到火星,并成功地在火星上的阿瑞斯平原着陆。这是自“海盗号”以后,人类再次把航天器送入火星表面,也是美国航天局跨世纪的一连串火星轨道和着陆探测计划的开始。

“火星探路者”携带了一辆六轮小跑车,称为“漫游者”。“漫游者”在着陆器着陆后的第二天走下着陆器,开始对选定的目标进行研究。在以后的90天里,“火星探路者”共向人类发回了1.6万张照片。

1996年11月,美国发射“火星全球勘探者”飞船。“火星全球勘探者”在1997年9月进入火星轨道,这是人类成功地送入火星的第一个轨道器。

“火星探路者”终于找到了一些支持“火星生命说”的证据,从它发回的1.6万张照片中科学家发现,几十亿年前,火星的阿瑞斯平原曾发生过大洪水,而现在的火星可能与地球一样有晨雾,说明火星上有水,有水就可能有生命。而“漫游者”的研究结果,证实地球上的一块编号为“ALH84001”的陨星,可能来自火星,而美国航天局的科学家宣布,他们在这块陨星中发现了可能存在原始生命的证据。

为了全面了解火星,寻找火星生命的证据,美国计划在1999年以后到21世纪初的10年中,再发射10颗火星探测器,并在2008年,把多达1千克的火星岩石样本带回地球的实验室进行研究。

“月球勘探者”是怎样找到月球水的

20世纪末,“月球勘探者”在月球上发现了水,这一消息对人类来说就像当年哥伦布发现美洲大陆那样惊喜。

早在1996年,科学家在分析研究1994年“克莱门汀1号”探测器拍摄的1500张月面照片后,产生了争议,因为有一张照片被某些科学家怀疑是月球南极的冰湖照片。

于是,“月球勘探者”探测器带着证实月球是否有水的任务,于1998年1月6日发射升空,并于1月12日顺利进入月球轨道,开始了它的找水探测。在月球上空,“月球勘探者”是怎样找水的呢?

原来,“月球勘探者”携带了一种先进的找水仪器——中子光谱仪。我们知道,水分子是由氢原子和氧原子组成的。中子光谱仪对氢原子特别敏感,再加上月球上几乎没有大气,所以,如果中子光谱仪在空中发现月面有过量氢原子存在,就可以找到水。中子光谱仪找水的本领非常高,它高高在上就可以在1立方米的月球土壤里测出一小杯水的含量。

“月球勘探者”经过7个星期的月面扫描探测后发现,月球两极的盆地的底部存在水。

由于那里终年照不到阳光,温度极低,常年在-150℃以下,水都是以固态形态——冰存在。

冰的上面还盖有一层几十厘米厚的土层。

那么,月球水是从哪儿来的呢?科学家们认为,月球经常受到彗星的撞击,而彗星的含水量约为30%~80%,彗尾中水蒸气的含水量高达90%。这些外来的水分在月面受到阳光照射而蒸发,而一部分水蒸气在月球两极那些温度极低的盆地底部凝结起来。所以,这些冰不是集中在一起的,而是与尘土混合的冰渣。

人类是怎样首次登上月球的

美国东部时间1969年7月16日,星期三,一个万里无云的好日子。上午9点半,庞大的“土星5号”运载火箭一声巨响,载着“阿波罗11号”宇宙飞船徐徐升上太空。150多万激动无比的人们赶到肯尼迪航天中心来观看发射,光是新闻记者就达3500人。随着飞船的升空,帽子、手杖、眼镜、钢笔都被抛上了天空,人们发狂般地跳跃喊叫,“上去了!上去了!”的声音震耳欲聋。远在华盛顿电视机旁的尼克松总统高兴地宣布:四天之后为月球探险的全国共庆日。并提议那天全国放假一天。

三天后的7月19日下午,飞船到达月球上空,驾驶长柯林斯完成了最后的不允许出现丝毫偏差的轨道调整,使飞船在月球上空15千米处绕月飞行。7月20日,另外两名航天员阿姆斯特朗和奥尔德林登上了名叫“鹰”的登月舱,从飞船出发,随着制动减速火箭,“鹰”沿曲线轨道徐徐下滑,平稳地降落在月面上一个名叫“静海”的平原。经过6个半小时的准备后,身穿航天服的飞船船长阿姆斯特朗打开了飞船舱门,爬出舱口,在5米高的进出口台上呆上了几分钟,仿佛藉以安定一下十分激动的心情似的。然后,他慢慢地沿着登月舱着陆架上的扶梯走向月面。为了使身体能适应只有地球1/6的月球重力环境,他在扶梯的每一个台阶上都要稍微停留一下,仅仅9级扶梯竟花费了3分钟!

通过电视,地球上亿万人看到了阿姆斯特朗先是小心翼翼地把左脚踏上月面,然后鼓足勇气将右脚也踏在月面上。

人类终于首次在另一个星球上留下了自己的脚印。此时,阿姆斯特朗手腕上的欧米茄手表指针正好指向晚上10点56分。当他向月面迈出第一步时,通过无线电向整个地球上的人类说出:“对于一个人来说,这只是一小步;但对人类来说,这是巨大的一步。”多么朴素而又激动人心的言语啊!

19分钟后,奥尔德林也下到月面上来了。他们两人先是在月面上插上了一面美国国旗,然后留下一块金属纪念碑,上面写道:“公元1969年7月,来自行星地球上的人首次登上月球。

我们是全人类的代表,我们为和平而来。”在月面停留的2小时21分钟里,他们完成了好几项科学试验,比如用铝箔捕捉从太阳射出的稀有气体,设置测量月面震动的月震仪,安放一块0.186平方米的激光反射镜,用来测量地球与月球的精确距离,他们还采集了23千克的月球岩石和土壤。

7月21日,阿姆斯特朗和奥尔德林完成考察任务后,进入登月舱的上升段,与在月球轨道上停留的柯林斯会合后,平安返回了地球。

人类首次登月的壮举,将永载史册。

什么是航天遥感技术

任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特性。航天遥感技术就是利用安装在航天器上的遥感器,来感测地物目标的电磁辐射特点,并将其记录下来,进行识别和判读。遥感器主要有两种,一种是胶片型的,一种是传输型的。

胶片型遥感的资料需要将航天器(如返回式卫星)回收下来,再对胶片进行冲洗判读,破译各种信息资料;而传输型遥感则不同,它不需要回收航天器,而是将遥感资料通过电波不间断地传到地面,当装有遥感器的航天器经过有接收站的上空时,地面接收站对航天器发射的电波信号加以捕捉和接收。航天遥感分辨率已由最初的几十米、十几米发展到现在的1米以内。据说,美国发射的遥感卫星已经可以辨别出八开报纸的报头了。

航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多光谱段地进行感测,获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物的资料,因此航天遥感技术在国民经济建设和军事抗争等很多方面,都获得了广泛的应用。例如应用于气象观测(气象卫星)、资源考察(资源卫星)、地图测绘(测地卫星)和军事侦察(侦察卫星)等等。

时空隧道存在吗

爱看科幻小说的人对“时空隧道”一定非常熟悉:通过时空隧道,老人能亲眼回顾自己的童年;现代人也能步入未来世界去领略种种新事物;人们还可能回到更古老的年代去与恐龙一起漫步……这样的故事吸引着我们。

那么,时空隧道真的存在吗?

有位著名的科学家提出了一种理论,那就是令人惊奇无比的“虫洞”理论。

什么是虫洞呢?科学家们作了个“望文生义”的比喻,虫洞正是“虫咬的洞”。你可以想像眼前有一只大苹果,上面有一只苍蝇,如果这只苍蝇想到苹果的另一面去,它能采取的办法只能是飞过苹果的表面绕到另一面去。换个角度,如果不是苍蝇而是有尖牙的虫子呢?

它的最短途径还是绕苹果表面爬过去吗?它可以选一条最短的路径,用它的牙齿在苹果上咬个洞爬过去,这个虫咬的洞就是虫洞。当然,虫洞在苹果这样的三维空间上是毫无奇特之处的,如果把三维曲面扩展到我们生活的这个四维曲面的世界,虫洞就成为四维空间中可能存在的多连通结构了。

这样一来,虫洞概念在四维空间中就容易理解了:它是空间的“短路”现象,是时间与空间整体结构上的一个洞,是通向宇宙更遥远地方的通道,它把原来相距很远的点联结在一起了。时空隧道的想法虽然近乎于“幻想”,但它不乏科学依据。

早在相对论提出之时,爱因斯坦就曾经预言,在密度极大的物质周围,空间和时间将会受到影响而发生“畸变”,结果可能在宇宙中发现一条通道,它可能会通向宇宙中的任何一个地方,甚至是几十亿光年之远。

如果虫洞真的存在的话,人类可能克服时间的限制,穿越时间隧道,回到过去,走进未来,去领略美好惊奇的非现在世界了。

那么,人们能否找到或制造这种能穿越时空的虫洞呢?目前科学家们还不能肯定。

即使虫洞理论成立,我们也不得不承认,以人类现有的技术水平,别说制造虫洞,就连寻找虫洞也不可能。或许,地球外的某种智慧生命已经掌握这种技术了吧!