书城科普读物探究式科普丛书-浩瀚的宇宙
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第13章 遥知登高处——深空探测(2)

“飞镖”—动能武器:动能武器的原理十分简单,简单地说,它和飞镖伤人的道理完全一样。一切运动的物体,都具有动能。根据动力学原理,一个物体只要有一定的质量和足够大的运动速度,它就具有相当的动能,就能有惊人的杀伤破坏能力,这个物体就是一件动能武器。所谓动能武器,就是能发射出超高速运动的弹头,利用弹头的巨大动能,通过直接碰撞的方式摧毁目标的武器。这里最重要的一点,是动能武器不是靠爆炸、辐射等其他物理和化学能量去杀伤目标,而是靠自身巨大的动能,在与目标短暂而剧烈的碰撞中,杀伤目标。所以,它是一种完全不同于常规弹头或核弹头的全新概念的新式武器。

其四,太空站。

太空站,又称为“空间站”、“轨道站”或“航天站”,是可供多名宇航员巡航、长期工作和居住的载人航天器。在太空站运行期间,宇航员的替换和物资设备的补充,可以由载人飞船或航天飞机运送,物资设备也可由无人航天器运送。1971年,苏联发射了世界上第一个太空站—“礼炮”1号。此后,到1983年,又陆续发射了“礼炮”2~7号。1986年,苏联又发射了更大的太空站“和平”号。1973年,美国利用“阿波罗”登月计划的剩余物资,发射了“天空实验室”太空站。

其五,太空旅游。

太空旅游,是基于人们遨游太空的理想,到太空去游览的一种旅游形式。它能给人提供一种前所未有的体验,提供一种最新奇和最为刺激人的前所未有的体验。游客不仅可以观赏太空旖旎的风光,同时还可以享受失重的味道。而这两种体验,只有太空中才能享受到,可以说,此景只应天上有。太空旅游项目,始于2001年4月30日。第一位太空游客为美国商人丹尼斯·蒂托,第二位太空游客为南非富翁马克·沙特尔沃思,第三位太空游客为美国人格雷戈里·奥尔森。

其六,太空探索。

1957年10月4日,苏联第一颗人造卫星上天,拉开了人类航天时代的序幕。1961年4月12日,苏联著名的宇航员加加林,乘坐“东方号”飞船,环绕地球飞行了一圈,历时近两个小时,他成为第一位进入太空的人。

20世纪60年代,美国开展了雄心勃勃的“阿波罗登月”计划,目的就是将人类送上月球进行实地考察。1969年7月16日发射的“阿波罗”11号,使人类首次登上了月球。宇航员在月球表面进行了实地的科学考察,并把一块金属纪念牌和美国国旗插上了月球。此后又有5次成功的登月飞行,宇航员在月球上停留的时间总共约300小时。1998年1月6日发射升空的“月球勘探者”,携带有中子光谱仪,用于探测月球上的氢原子。它发现在月球两极的盆地底部存在水。

美国发射的“水手10号”飞船,在考察了金星之后,曾3次飞临水星。它发现了水星的磁场和磁层,并探测出水星大气的主要成分是氦。飞船上的两个摄像机,拍摄了多幅图像,揭示出水星的地形是由大量的陨石坑和盆地组成的。

1976年,美国的“海盗1号”和“海盗2号”登陆器,分别在火星上降落,并在降落的过程中,测量了大气温度的分布和火星大气压的情况。火星上有干涸的河床,有流水冲击的特征,这表明火星过去有过大量的水。1996年11月,美国发射了“火星全球勘测者”,它在环绕火星的轨道上,研究火星表面、大气和磁场的情况。它还向地球发射无线电波,经过火星大气后到达地球,据此了解火星大气的温度、引力和化学组成情况。

此外,美国宇航局还计划进行更多的行星探测计划,目的是更多地了解我们生存的太阳系。其中,包括向木卫二发射一个探测器,用以探测木卫二隐藏在冰层下的巨大液态水海洋。如果技术成熟,有可能向木卫二表面释放一个水下探测器,找寻可能存在的地外生命。

空间站是人类在太空进行各项科学研究活动的重要场所。国际空间站,是建造中的新一代空间站。它由美国和俄罗斯牵头,联合欧洲空间局11个成员国和日本、加拿大、巴西等16国共同建造运行。

1981年,全世界第一颗红外天文卫星发射升空。而对天文学上有重要意义的事件,是1990年4月25日由美国“发现”号航天飞机送入太空的哈勃空间望远镜(HST)。它的目的是探测宇宙深空,了解宇宙起源和各种天体的性质和演化。HST耗资21亿美元,对天文学,特别是天体物理学的发展意义是巨大的。在空间放置望远镜,因为没有大气,设计的望远镜可以达到衍射极限。它可以摆脱大气的干扰,解决大气消光的问题。它的镜面不受重力的影响,不会变形,望远镜有极高的分辨率。它是人类的千里眼,探索宇宙奥秘的利器。此后美国和欧空局,又相继发射了“钱德拉”空间X射线望远镜和XMM空间天文台等。

1964年7月19日,我国成功发射了一枚生物火箭。1966年10月27日,我国导弹核武器发射试验成功。2003年10月15日9:00,我国发射了第一艘载人飞船“神舟五号”,飞船在太空中飞行了21小时,绕地球运行14周后,于16日清晨6:23安全返回地面。宇航员杨利伟成为第一个乘坐中国人自己研制的飞船进入太空的中国人。2005年10月12日上午9:00,“神舟六号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空。2008年9月25日21点10分04秒988毫秒,神舟七号载人飞船从中国酒泉卫星发射中心成功发射。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。神舟七号飞船共计飞行2天20小时27分钟。展望未来,2020年左右,中国将建立自己的空间站。之后,中国将进一步开展月球探测、建设月球基地、探测火星、登陆火星等一系列航天活动。

2.人类飞天的克星—逃逸速度

在星球表面,垂直向上射出一物体,若初速度小于某一值,那么该物体将仅上升一段距离,之后由星球引力产生的加速度,将最终使其下落。若初速度达到某一值,该物体将完全逃脱星球的引力束缚,而飞出该星球。需要使物体刚刚好逃脱星球引力的这一速度,叫逃逸速度。逃逸速度是天体表面上,物体摆脱该天体万有引力的束缚,飞向宇宙空间所需的最小速度。例如,地球的逃逸速度为11.2千米/秒(即第二宇宙速度)。

逃逸速度,取决于星球的质量。如果一个星球的质量大,其引力就强,逃逸速度值就大。反之,一个较轻的星球,将会有较小的逃逸速度。逃逸速度还取决于物体与星球中心的距离,距离越近,逃逸速度越大。如果一个天体的质量与表面引力很大,使得逃逸速度达到甚至超过了光速,该天体就是黑洞。黑洞的逃逸速度达30万千米/秒。一般认为,宇宙没有边界,说宇宙中的物质逃离到别的地方去这样的问题是没有意义的。因此,讨论宇宙的逃逸速度,也似乎没有意义。

不过,宇宙正在膨胀,即星系都在向远处运动(相互远离),这就存在这样一个问题:如果宇宙的膨胀速度足够大,星系就会克服宇宙的总引力,而永远膨胀下去,这就好像星系在逃离一样。这里,膨胀速度也就等同逃离速度。当然,如果膨胀速度不够大,膨胀终将停止,宇宙的总引力将会使星系相互靠近,就像飞离地球的物体再掉回来一样。

因此,这样来理解宇宙的逃逸速度,就成了一个很有意义的问题。宇宙是永远膨胀还是转而收缩,取决于膨胀速度和总引力的大小。由于膨胀速度可以测定,因而就取决于宇宙的总引力,实际上就是宇宙到底有多重。

从目前物理学界的普遍看法来讲,宇宙源于一个奇点(也就是黑洞)。而黑洞,则是连光速运动的物体也无法逃脱的。光速是连续运动的速度极限,任何作连续运动的物体,都无法超越光速。所以,宇宙是不存在逃逸速度的。

综上所述,逃逸速度的计算,与距引力源的距离无关,只与引力源的质量大小有关。并且,不同天体有着不同的逃逸速度。