李鑫馳

千百年來(lái)，浩瀚無(wú)際的太空留給人們無(wú)盡的遐想，其中不乏奇幻美妙的，比如嫦娥奔月，也有駭人聽(tīng)聞的，比如天狗吃月亮。無(wú)論是哪一種遐想，其根本原因就是人們對(duì)太空的了解太少了。如果是在幾百年前，不了解太空也無(wú)所謂，戲說(shuō)一下也無(wú)妨，所以，就有了四大名著之一的《西游記》，它將神秘的太空想象成了一群無(wú)所不能的神仙們悠閑生活的地方。

太空在哪里

從1957年10月4日第一顆人造地球衛(wèi)星被送入太空以后，太空探索就逐漸進(jìn)入了我們的世界。直到現(xiàn)在，我們離開(kāi)太空幾乎寸步難行。我們開(kāi)車(chē)出行必備的車(chē)載導(dǎo)航儀，用的就是導(dǎo)航衛(wèi)星;我們天天看的天氣預(yù)防，用的就是氣象衛(wèi)象;就連我們每四年才能看到一次的奧運(yùn)會(huì)，也需要利用電視轉(zhuǎn)播衛(wèi)星才能保證我們能夠準(zhǔn)時(shí)看到現(xiàn)場(chǎng)直播。我們不知不覺(jué)已經(jīng)與太空緊密地聯(lián)系在了一起。所以，太空到底什么樣呢？太空中到底又有什么呢？帶著這些問(wèn)題，我們進(jìn)入今天的話題——神奇的太空環(huán)境。

首先，我們要搞清楚太空在哪兒。大家可能都會(huì)指指我們的頭頂上方。對(duì)，太空確實(shí)就在我們頭頂上，但是，它到底從我們頭頂上的什么地方開(kāi)始，又到什么地方結(jié)束呢？太空與我們通常所說(shuō)的天空又有什么關(guān)系呢？

我們可以這樣說(shuō)，以大氣層的上邊界為限，可以把天空分為兩個(gè)部分，大氣層以里的部分就是我們?nèi)粘Ｕf(shuō)的“天空”，大氣層以外的部分就稱(chēng)為“太空”。我們經(jīng)常提到的衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)、空間站等等這些航天器就運(yùn)行在太空這個(gè)區(qū)域里。

那么，太空的外邊界在哪兒呢？我們?nèi)祟?lèi)目前也不知道太空有多大。在這個(gè)巨大的黑漆漆的太空中，除了太陽(yáng)、月亮和數(shù)不清的星星以外，到底還有什么東西，這些問(wèn)題已經(jīng)困擾了我們?nèi)祟?lèi)上萬(wàn)年，經(jīng)過(guò)一代代人的努力，尤其是人類(lèi)有了衛(wèi)星以后，現(xiàn)在我們總算可以不交白卷了。

其實(shí)，太空中除了有我們看得見(jiàn)的物體，比如太陽(yáng)、月亮這些自然天體，以及人造衛(wèi)星、載人飛船等人造天體以外，還有許多人們看不見(jiàn)的物質(zhì)，比如電磁輻射、帶電粒子等非常危險(xiǎn)的東西。今天，我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)太空環(huán)境的幾大要素。

太空環(huán)境要素——失重

首先，我們說(shuō)說(shuō)“失重”。其實(shí)，失重可能是我們?nèi)祟?lèi)最先感受到的。為什么這么說(shuō)呢？

乍看起來(lái)，航天員的太空生活與地面上差不多，最大的不同就是，他們總是飄在空中，其實(shí)，不光是航天員，空間站里的一切物品如果不固定起來(lái)的話，都會(huì)像航天員一樣飄在空中，這種現(xiàn)象就是失重。

失重狀態(tài)在地面上是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闊o(wú)論我們走到哪里，都有東西支撐著我們。我們站在地上，地面會(huì)給我們一個(gè)向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡;如果我們坐在椅子上，椅子也會(huì)給我們一個(gè)向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡。所以說(shuō)，如果一個(gè)人走著走著，突然踩空墜落，那么他就失重了。如果我們想體驗(yàn)一下失重的話，可以去跳傘或玩蹦極。

失重環(huán)境對(duì)于航天員的身體健康是非常不利的，飛船剛剛?cè)胲夁M(jìn)入失重狀態(tài)時(shí)，大多數(shù)航天員都會(huì)產(chǎn)生一種“本末倒置”的錯(cuò)覺(jué)。

除了這些航天員能夠感覺(jué)到的不舒服以外，失重還會(huì)引起航天員心血管功能的下降，而這些更是隱形殺手。在空間站中一待就是幾個(gè)月的航天員，剛返回地球時(shí)甚至要用擔(dān)架抬著才行。為了盡量減少失重對(duì)航天員的不利影響，在太空飛行過(guò)程中會(huì)對(duì)航天員采取很多防護(hù)措施，比如：安排合理的作息制度，改善飲食，增加營(yíng)養(yǎng)，配備一些藥物以及特殊的航天服，等等。

太空環(huán)境要素——大氣

第二個(gè)太空環(huán)境要素是“大氣”。說(shuō)到這里，一定有人會(huì)奇怪：太空中不是沒(méi)有空氣嗎？其實(shí)，太空中不是沒(méi)有空氣，而是空氣稀薄而已，稀薄到了我們?nèi)祟?lèi)不能在太空中直接進(jìn)行呼吸的地步。

距離地面越高，大氣越稀薄。也就是說(shuō)，隨著海拔的增加，大氣密度會(huì)減小，當(dāng)海拔升到100千米時(shí)，大氣密度只有海平面附近大氣密度的萬(wàn)分之一;而當(dāng)海拔升到300千米時(shí)，大氣密度就只有海平面的百億分之一了;如果繼續(xù)上升，到了600千米海拔時(shí)，大氣就會(huì)更加稀薄，甚至可以忽略不計(jì)了。

對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)而言，大氣可是我們的保護(hù)傘，那么，太空中的大氣對(duì)于航天器甚至航天員來(lái)講是否也是“正能量”呢？目前看來(lái)，可能要讓大家失望了。因?yàn)樘罩械拇髿獬丝梢允沟蛙壍赖目臻g垃圾加速隕落以外，好像就沒(méi)有什么作用了。那么，太空中的大氣到底對(duì)航天器有什么不好的影響呢？

拿大氣阻力來(lái)說(shuō)，按照我們通常的認(rèn)識(shí)，阻力會(huì)使汽車(chē)減速，對(duì)于航天器也是一樣，在低軌道運(yùn)行的航天器受到大氣阻力的作用，它的運(yùn)行高度會(huì)不斷降低。隨著時(shí)間的推移，航天器運(yùn)行時(shí)軌道高度會(huì)越來(lái)越低，大氣密度卻越來(lái)越大，阻力也會(huì)增大，最終航天器就會(huì)一頭扎入大氣層，沖向地球，就像一顆隕石一樣，要么是在大氣層中燒毀，要么是在撞擊地面時(shí)粉身碎骨。

太空環(huán)境要素——真空

“真空”這個(gè)詞，我想大家應(yīng)該都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，比如，醫(yī)生打針用的針管，堵住針孔，朝上一抽，我們就認(rèn)為針管中就成真空了;還有我們經(jīng)常把一些誰(shuí)都不管的地帶稱(chēng)為“真空地帶”。在我們的印象里，“真空”就代表著什么都沒(méi)有的意思。

下面，我們先來(lái)看看真空環(huán)境對(duì)航天器的影響。第一種影響就是排氣。在航天器的制造過(guò)程中不小心會(huì)混入一些小氣泡，就像我們給手機(jī)貼膜的時(shí)候，一不小心就會(huì)在手機(jī)膜下方留有小氣泡一樣。如果到了真空環(huán)境中就不行了，因?yàn)樵谡婵罩袎簭?qiáng)幾乎為零，這樣就會(huì)導(dǎo)致氣泡內(nèi)外的壓力不平衡，在真空環(huán)境中這些小氣泡就會(huì)破裂，就像吹氣球把氣球吹炸了一樣。一般情況下，排氣不是什么大問(wèn)題。但是，如果排氣現(xiàn)象出現(xiàn)在鏡頭等一些精密儀器上，就會(huì)造成成像的清晰度降低等問(wèn)題，從而影響航天器的使用。所以，航天器制造時(shí)會(huì)在地面上人為營(yíng)造一種近似真空的環(huán)境，再將航天器的各種關(guān)鍵部件放到這個(gè)模擬的真空環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，以確保航天器在進(jìn)入太空后盡量不出現(xiàn)排氣現(xiàn)象。

那么，第二種負(fù)面影響又是什么呢？我們知道，熱傳遞一般有三種方式，就是傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。這三種方式在地面上都可以發(fā)生，但是，在真空環(huán)境中，由于缺少了空氣這種介質(zhì)，在真空環(huán)境中，由于缺少了空氣這種介質(zhì)，在真空環(huán)境中只剩下一種熱傳遞方式，就是輻射。輻射會(huì)使得航天器的表面形成巨大的溫差。

航天器上裝有許多精密的儀器設(shè)備，如果不能把航天器的溫度控制在一個(gè)合適的范圍，這些設(shè)備就無(wú)法正常工作。所以，對(duì)航天器進(jìn)行及時(shí)的降溫和保溫是非常重要的。那么，怎么進(jìn)行溫控呢？通常有兩種方式，一種是主動(dòng)的，一種是被動(dòng)的。所謂主動(dòng)的方式就是給航天器裝一個(gè)冷熱兩用的空調(diào)，必要時(shí)給航天器加溫或者降溫就行了。

第二種方式，就是給航天器加裝一個(gè)百葉窗，打開(kāi)百葉窗可以通風(fēng)，合上百葉窗又可以遮擋陽(yáng)光。與人們?nèi)粘Ｓ玫陌偃~窗不同，航天器的百葉窗就巧妙在它的調(diào)節(jié)部件。這個(gè)部件由一種特殊的材料制成，這種材料的特殊之處就在于它對(duì)熱量非常敏感，一旦在太陽(yáng)光的照射下受熱，它就會(huì)膨脹，從而打開(kāi)百葉窗，讓航天器進(jìn)行散熱;相反，一旦到了太陽(yáng)光照不到的地方，它就會(huì)收縮，從而關(guān)閉百葉窗，對(duì)航天器進(jìn)行保溫。是不是很奇妙？

溫樹(shù)爽 薦自《我們愛(ài)科學(xué)》