书城教材教辅课本上读不到的天文故事
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第12章 乘坐飞船去探险——令人着迷的太空旅行

奇妙的宇航美餐

对于生活在地球上的人来说,吃饭、喝水是一件最正常、最简单的事情了。可是,对于宇宙飞船里的宇航员来说,吃饭却是一件复杂又奇妙的事情,有时候还会很痛苦呢。

为了节省空间和能源,宇航员携带的航天食品需要尽可能地让它体积小些,重量轻些,在制作上要巧费心思。

宇航员处在太空环境下的时候,身体状况将会发生一些改变,为了适应这种生理变化,宇航员的膳食营养构成随之要做适当调整。比如,为了应对太空环境下的肌肉萎缩状况,宇航员必须在膳食中摄取充足的蛋白质;为了应对骨质疏松,宇航员要摄取足够的钙、磷等营养成分。

在太空中,脱离了地球的引力,时刻处于失重状态。在这种状态之下,人和物都会虚悬于空,盛满了食物的盘子朝上或者朝下放置就没有太大区别了。食物不会掉在地上,而是和盘子一起漂浮着。所以,宇航员在地球上的吃饭方式到了太空中就不适用了。

一般来说,各种食物、餐具等都是固定好了的。宇航员手拿着叉子或者筷子,直接伸进装食物的袋子里夹着往嘴里送就行。为了防止食物的残渣四处漂移,航空食品被设计成“一口吃”的小包装,吃的时候不用再分割。如果宇航员想喝水、喝汤,直接从塑料包装或者牙膏一样的管子里,一点一点挤到嘴里就可以了。

随着技术的发展,宇航员的食物越来越丰富。他们不仅可以吃到新鲜的蔬菜、水果,而且可以在太空舱里用特制的微波加热器来加热食物,和在地球上的饮食没有太大差别。

此外,现在的航天食品,还充分照顾到了宇航员的饮食习惯和口味要求,例如:

中国会为航天员准备八宝饭、陈皮牛肉、莲子粥等中式口味的航天食品,讲究荤素搭配,色香味俱全;俄罗斯的宇航员食谱中会有罗宋汤、牛肉大麦汤、特沃劳格(一种俄罗斯乡村的坚果干酪甜点)等俄式风味的食物;美国的宇航员食谱中会有牛排、意大利面等食物。

昂贵的太空城市

大家也许在科幻片里看到过“太空城市”,那是建立在太空当中的“星空之城”,都是人们幻想出来的。然而,在21世纪到来的时候,这个幻想已经开始变为现实了。

2000年10月31日,“联盟TM-31”号宇宙飞船从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场发射升空。乘坐飞船的有3名宇航员,他们是美国人谢泼德、俄罗斯人吉德津科和克里卡廖夫。他们的目的地是正在建设中的“太空城市”——国际空间站。这3位宇航员成为了“太空城市”的第一批长住居民,他们将在那里逗留到第二年的2月,他们的主要任务是让空间站进入正常的工作状态。

国际空间站实际上起源于美国著名的“星球大战计划”。

美国早在里根做总统期间,为了和前苏联抗衡,提出了发展“星球大战计划”,准备建设“自由”号空间站。苏联解体后,俄罗斯已不再对美国构成昔日那样的威胁。老布什执政期间,“星球大战计划”搁浅,“自由”号空间站计划也被压缩,1993年克林顿上台后停止了“自由”号空间站的建设。

但是时任美国副总统的戈尔却对建设空间站计划非常感兴趣。在戈尔的极力主张下,“自由”号空间站的计划设想从一国建造改为多国合作项目——“阿尔法国际空间站”。当时在合作文件上签字的国家有:美国、俄罗斯、日本、加拿大,加上欧洲航天局的11个成员国——英国、法国、德国、比利时、意大利、芬兰、丹麦、挪威、西班牙、瑞士、瑞典。

这是人类航天史上首次多国合作建造的最大空间站,预计总投资1 000多亿美元。

国际空间站的建造是十分复杂的:需要进行载人航天活动,实行航天飞机与空间站的对接;宇航员要在上面训练能力、开展空间科学实验;要把主体舱和连接舱发射上去进行组装;空间站的核心部分要发射升空进行对接;还要把服务舱、居住舱、实验舱送上去组装。

建成后的国际空间站将是个“太空中的城市”,成为人类在太空中长期逗留的一个前哨站。

它包括6个实验舱和1个居住舱、3个节点舱以及平衡系统、供电系统、服务系统和运输系统;总重量454吨,主结构长88米,首尾距离109米,高度44米;平均运行高度为350公里,轨道倾斜角51.6度。

所有的国际伙伴的火箭都可以到达这个轨道,使空间站能够随时获得补给。同时,这个轨道提供了良好的观测视野,包括85%的地表覆盖,并飞过95%的人口地带。

地面上的人可以用肉眼看到它,在夜空里,除月亮和金星外,第三颗最亮的“星星”就是国际空间站。

备受质疑的登月计划

在科普书上,我们曾经看到这样的描述:

1969年7月16日,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程,承载着全人类的梦想踏上了月球表面。

1969年7月16日下午4时17分42秒,阿波罗11号在月球着陆。

宇航员阿姆斯特朗将左脚小心翼翼地踏上了月球表面,这是人类第一次踏上月球。接着他用特制的70毫米照相机拍摄了奥尔德林降落月球的情形。他们在登月舱附近插上了一面美国国旗,为了使星条旗在无风的月面看上去也像迎风招展,他们通过一根弹簧状金属丝的作用,使它舒展开来。接着,宇航员们装起了一台“测震仪”、一台“激光反射器”……在月面上他们共停留21小时18分钟,采回22公斤月球土壤和岩石标本。7月25日清晨,“阿波罗11号”指令舱载着三名航天英雄平安降落在太平洋中部海面,人类首次登月宣告圆满结束。

不过,在登月成功后,人们开始纷纷质疑。一些科学家和科普爱好者对美国的登月资料提出疑问:

第一个疑问,月球上没有空气,也就没有风,可影像资料中航天员在月球插下的美国国旗迎风飘扬。

第二个疑问,正常情况应该是登月舱飞船停落时巨大的冲击力将月球表面撞击出一个大坑,而登月照片中的登月舱好像是被轻轻地放在地面上的。

第三个疑问,月球没有大气层,因而也就没有空气折射的问题,那么应该清晰地看到月空中群星闪耀的图景,可是登月照片上却看不到一颗星星。

第四个疑问,月球表面只有一个光源——太阳,但宇航员却出现了多个影子,说是在月球上拍摄的,不可相信。

尽管美国航天局对那四个疑问做了细致并具有说服力的解释,但一些人仍然不信服。

有的人认为美,国宇航员当时是接近了月球表面,但因技术原因未能踏上月球。由于急于向全世界表功,因而伪造了多幅登月照片和一部摄影纪录片,蒙蔽和欺骗了世人。

也有人认为,载有宇航员的火箭确实发射了,但目标不是月球,而是人迹罕至的南极,在那里指令舱弹出火箭,并被军用飞机回收。随后宇航员在地球上的实验室内表演登月过程,最后进入指令舱,并被投入太平洋,完成整个所谓的登月过程。

还有许多人认为,“阿波罗”登月计划不可能造假。因为该计划当时是在全球实况转播的,有近亿人亲眼看到。并且,宇航员还从月球带回了岩石等真凭实据;美国宇航局有成千上万的科技、工程人员,不会一同蒙骗人;美国的传媒几乎是无孔不入,政府如有欺骗行为,媒体会发现蛛丝马迹揭开谜底。

这么多年过去了,质疑的声音仍然不断,却又没有真凭实据去否定。

那么,人类到底是否真的造访了月球?大概只有登月的两位宇航员知道吧!

太空垃圾:悬在空中的刀锋

日常生活中,人类制造了大量的垃圾,垃圾处理是让人头疼的事情。无论填埋还是焚烧,庞大的垃圾山仍然不减反增。人类对自己地球上的垃圾山尚且疲于应对,那么当然也会对太空中的垃圾头疼。

那么,究竟什么是太空垃圾呢?它们是怎样制造出来的?它们会不会在哪天突然坠落回地球上,给我们的生活造成危害呢?

太空垃圾在上个世纪五十年代开始形成。1957年10月4日,当时的苏联向太空发射了人类历史上第一颗人造地球卫星——斯普特尼克1号。从此之后,世界各国一共执行了超过4000次的发射任务,发射了许多航天飞行器。对于每个航天飞行器来说,都会留下各种各样的垃圾,大到完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物,小到人造卫星碎片、漆片、粉尘等等。虽然其中的大部分都通过落入大气层燃烧尽了,但是截止2012年还有超过4500吨的太空垃圾残留在轨道上。美国于1958年发射的尖兵1号人造卫星报废后至今仍在其轨道上运行,是轨道上现存历史最长的太空垃圾。

别小看了这些零零碎碎的太空垃圾,如果所有的太空垃圾都是以相同的高度、方向、速度来运行的话,那么它们就会处于相对静止的状态,互不干扰。但是目前太空垃圾的状态并非如此,它们就像行驶在高速公路上的汽车,有的大、有的小,有的运行速度快、有的运行速度慢,有的运行轨道离地面较远、有的运行轨道离地面较近。当相近的两个物体像开车一样“变道”时,很有可能会撞车,就如同高速公路上发生车祸一样。

由于太空垃圾的飞行速度很高,如果撞击到航天器表面,轻者会留下凹坑,重的会给航天器沉重打击,造成部分系统功能失效,甚至会产生灾难性的后果。

我们要知道,一个仅10克重的太空碎片的太空撞击能量,不亚于一辆以每小时100千米速度行驶的小汽车所产生的撞击能量;而一颗直径为0.5毫米的金属微粒,足以戳穿舱外航天服。宇航员出舱太空行走时,如果被迎面而来的碎片打在宇航服上,就会带来很大问题。

为了应对太空垃圾,各国的航天专家们采取了多种对策。比如停止将工作的卫星推进到其他轨道上去,以免同正常工作的卫星发生碰撞;用航天飞机把损坏的卫星带回到地球,以减少空间的大件垃圾。此外,对一些已经存在的大型太空垃圾,则采用监测系统来进行监测。

据说,太空垃圾坠入地球伤人的概率为二百亿分之一。到今天为止,并没见有哪个人因为太空垃圾的坠落而受到伤害。

地球的孩子

日落后的傍晚或者是在黎明时分,当我们仰望星空,有时候会看见有几颗明亮的“星星”正在缓缓地移动。它们就是环绕地球飞行的人造卫星。

1957年10月4日,在离莫斯科2 000公里的哈萨克境内的拜科努尔宇宙飞行器发射场,“卫星”号火箭悄然矗立在钢铁发射架上,火箭头部的整流罩内,一个非凡的金属球整装待发。

为了发射这颗卫星,基地的一个发射台上用水泥建造了一个巨大的导流槽,用以引导火箭喷出的熊熊烈焰,导流槽的洞穴很像是海底大隧道的入口处,而在它的上面就耸立着威力无比的火箭,几支巨大、硕长的钢铁支架紧紧地钳住火箭,直到火箭起飞时,它们才会松开。

发射前的各项准备和检验工作完毕,一切正常。发射指挥中心发出最后10秒的倒计时发射指令:“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1,发射!”

火箭在一片浓烟和烈焰的衬托下,随着隆隆的巨响徐徐升起,尾部喷出长长的火焰,火焰越拉越长,火箭越飞越快,直插云天,渐渐从人们的视野中消逝。

当全世界收听到广播里传出那神秘的电子嘟嘟声时,那个非凡的金属球正在太空中飞行。塔斯社继续报道:“伴侣”1号的飞行高度约为500英里,运行速度大约每秒25 000英尺,它正以与月球相似的椭圆轨道绕地球运行,其轨道平面同赤道的倾角是65度;“伴侣”1号呈球形,直径约22.8英寸,重184磅……1957年10月5日,“伴侣”1号将再次通过莫斯科上空……

“伴侣”1号围绕地球运行了90天,于1958年1月4日重返地球,但因与大气层发生了强烈的摩擦,剧烈的高温使它顿时化为灰烬。尽管这颗简单的卫星寿命是如此之短,但它却是人类发射的第一颗人造卫星,是人类为地球孕育的第一个孩子,它是月球当之无愧的姊妹。它的发射成功表明:地球强大的引力并不能将人类永远束缚在地球摇篮之中,神秘的天国是可望也可及的。

人类历史的新纪元终于到来了! 从此,人类开始了太空时代。

从第一颗人造卫星升空后,上个世纪50年代末到60年代初,世界各国发射的人造卫星主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验;60年代中期,人造卫星开始进入应用阶段,各种应用卫星先后投入使用;从70年代起,各种新型专用卫星相继出现,性能不断提高。一个赤道同步卫星可以把直线传播的微波发射到几乎占地球表面1/3的面积上,3颗同步卫星就可以使世界各地同时收到一个地方发出的广播或电视节目。

现在,人们不仅可以通过卫星听广播、看电视,还可以给远在异国他乡的亲人打电话。

气象卫星如今已成了人们离不开的好帮手,通过分析卫星传输回来的云图,气象专家能较准确地告诉我们明天的天气情况。

如果要绘制一张中国地图,拍摄中国全境约需航空照片150万张,费时10年;如果把这活交给卫星,只需拍400张照片,7天就能完成。

现在,卫星还可以导航、预报森林火灾、虫灾,估计农业收成、监视水利资源的合理利用等,卫星探矿、卫星找油更是方兴未艾。

人们已无法想像,没有卫星,世界将会多么寂寞啊!

火星上的尘暴闪电

在地球上,你会经常发现一个地方出现了尘暴或风暴,有时候还可以把家禽带上天空,跟着尘暴、风暴去旅行呢!

在这些尘暴和风暴中,经常电闪雷鸣,天空好像要被劈开了一样,那场面非常可怕。

于是有人猜想,在太阳系的其他行星上,会不会也有尘暴、风暴的发生,也有电闪雷鸣呢?

美国科学家们努力研究,终于发现火星上也会发生同样的事情了。

2006年6月8日,美国科学家找到了火星尘暴中能够形成闪电的相关证据。当天火星上发生了一次尘暴,科学家们利用一架射电望远镜上的新型探测器,捕获到了闪电发出的辐射信号,首次探测到了火星闪电。

这种新型探测器是密歇根州大学安娜堡分校的克里斯托弗·拉夫率先研制出来的,是用于地球轨道气象卫星研究的。虽然科学家们一直都相信火星上也会有闪电,但是探测器所捕捉到的闪电信号之强烈还是让他们感到吃惊。

当时望远镜探测到的尘暴规模巨大,波及范围达到22英里(约合35公里),这场闪电相应地也持续了几个小时之久。但是,拉夫发现火星上的闪电与地球上发生雷暴时出现的闪电并不完全相同,火星上的闪电更接近于地球上的无雷声闪电,像一道划破了云层的闪光。

拉夫认为,虽然6月8日的闪电是由一场巨大的火星风暴引起,但是“一些较小的尘暴也会发生”,由此,他得出了“火星上经常出闪电”的结论。由于电流能够孕育更为复杂的分子,所以,拉夫觉得闪电能够影响火星过去或现在可能存在的生命,生命甚至有可能因为闪电的发生而出现。

火星闪电的发现,使人们开始担心那些跋涉在火星表面的探测器以及未来的机器人或者人类探险家的安全。但事实上这些闪电并不会形成多大的威胁,就像地球上的闪电不会对地球人的安全造成巨大影响一样,只有在火星探测器所在地区云层内发生放电现象,才可能导致安全威胁。

不过,闪电引发的某些化学反应却是应该注意的,因为它们可能会影响火星大气层及表面的化学性质,产生一系列腐蚀性化合物,这些物质将会影响探测设备和仪器的正常使用。所以,科学家们准备在今后的探测仪器设计中考虑此类因素,将进一步改进技术手段。

上帝放在火星上的“纪念碑”

被称为“登月第二人”的美国宇航员巴兹·奥尔德林是个很风趣的人。当人类在火星的卫星火卫一上发现过一块大石碑时,他说出了一句天文界的名言:“当人们发现它时,他们会说,‘谁将它放在那里的?到底是谁?’是宇宙放在那里的!如果你愿意相信,可能是上帝!”

太阳系九大行星之一的火星有两颗天然卫星,就是火卫一和火卫二。

在外形酷似马铃薯的火卫一上,有一整块结构特异的巨石。这种神奇的现象使奥尔德林甚至有点儿怀疑是上帝把它放在那里的。他坚定地认为,人们应该造访火星的卫星,去研究一下这块如建筑物般大小的巨石到底是从哪里来的,或者到底是谁建造出来的。

就这件事,加拿大航天局曾经资助了一项火卫一无人探测任务的研究,该研究名为“火卫一勘测与国际火星探索”。他们把那块神秘的巨石作为主要的着陆点。参与这项研究任务的科学家艾伦·希尔德布兰德博士认为,如果人们可以降落在那个物体上面,可能就不必去其他地方了。

这块看上去像是矩形纪念碑的巨石周围是否存在不明飞行物活动,还是说这个神秘物体只不过是一块相对来说在距离现在很近的时间里暴露于火卫一上的巨石?

在这个问题还没有得到完美的解答时,美国的火星探测器又在火星上捕捉到了一块类似的神秘矩形石碑。这块巨石是由“火星勘测轨道飞行器”携带的专用高清相机在165英里(约合265公里)远处拍摄到的。

看上去,这块巨石就像是曾在美国导演斯坦利·库布里克执导的科幻影片《2001:太空漫游》中亮相的黑石板,它在人类进化的一个重要时刻出现。那么,这块仿佛存在雕琢痕迹的巨石是否和火星生命有关呢?这在太空迷中引发了激烈的争论。

人们纷纷在问:“火星上过去是否可能存在古文明?美国宇航局是否可能早已知道答案?这难道是揭开火星谜底的最后一根稻草吗?”

但是,捕捉到原图的美国亚利桑那大学科学家却给兴奋的太空迷们泼了一盆冷水,他们认为:这只不过是一块5米宽的普通大石头,它甚至不能被称为“整块巨石”或“某种结构”,那就意味着它是一种人造物体,好像是人类放在火星上的一样。事实上,那块大石头更有可能是从基岩裂开以后变成矩形形状的。

这所大学的阿尔弗雷德·迈克伊文教授在谈到这块巨石时说:“地球、火星和其他星球上有大量矩形巨石。岩石沉积导致的分层,再加上构造带破裂,使得直角面偏软,这样一来,矩形石块通常会风化,从基岩分离出来。”

这样看来,把一块巨石看成一座雄伟的纪念碑,也许不过是人们一厢情愿的幻想。但是一些人不把它当做幻想,仍在期望有新的发现。

“黑色骑士”和不明残骸

在童话《女妖和瓦西莉莎》中,有一个穿黑盔甲,骑黑马,连缰绳都是黑色的骑士。他象征着黑夜,一经出现,夜幕就会降临。他是女妖巴芭雅卡的忠实仆人,被称为“黑色骑士”。

有一颗地球的卫星,与童话故事中的这个人物同名,也被称为“黑色骑士”。它非常“怪异”,因为它的运行方向与其他卫星的运行方向恰好相反。

这颗卫星是在巴黎天文台观测站工作的法国学者雅克·瓦莱于1961年发现的。随后,按照瓦莱提供的精确数据,世界上许多天文学家也发现了这颗环绕地球逆向旋转的独特卫星。

法国著名学者亚历山大·洛吉尔推断,“黑色骑士”可能与UFO有联系。因为那种绕地球运行的与众不同的方式,表明它具有能够改变重力的巨大能量,而这似乎只有UFO才能做到。

“黑色骑士”的秘密还没揭开,1983年,美国的红外天文卫星在北部天空执行任务时,又发现了一颗神秘的卫星。这颗体积异常巨大、具有钻石般美丽外形的卫星两次出现在猎户座方向,两次现身时隔6个月,表明它在空中的运行轨道比较稳定。

根据天文学家对卫星和地面站的跟踪研究显示,这颗卫星内部装有十分先进的探测仪器,外围有强大的磁场保护。它似乎一直在通过某种先进的扫描仪器探测地球的秘密,并使用强大的发报设备将搜集到的资料传送到了遥远的外太空。

没有人知道“黑色骑士”以及这颗诡异卫星的真正“身份”,但可以肯定的是它们不是来自地球,所以有人认为它们可能是来自外太空某一个星球的人造天体。

法国天文学家佐治·米拉博士甚至认为,在猎户星座附近出现的卫星至少已制成5万年之久。

在地球轨道上运行的不仅有这些完好的外来卫星,还有一些来历不明的飞行器残骸,有人推测它们是爆炸后存留的外星太空船残骸。20世纪60年代初期,在离地球2000公里的宇宙空间里,前苏联科学家发现了由10片破损的碎片组成的太空残骸,认为它们原先本是一个整体,由一次强烈的爆炸导致破碎。

10片碎片中最大的两个直径约有30米,由此,人们推断这艘太空船至少长60米,宽30米。美国核物理学家与宇航专家斯丹顿·费德曼认为在一段时间之后,人类有能力把这些残骸重新拼合起来。根据设想的飞船结构,这架飞船内部设备非常先进,还有供探视使用的舷窗,外部有一定数目的小型圆顶,大概是装设望远镜、碟形无线以供通信用的。

但到目前为止,科学家们依然不知道那颗5万年前被发射升空的人造卫星究竟是从何而来的,它绕地球运动的目的又是什么,也不知道在地球轨道上漂浮着的太空船残骸又是怎样来到地球并被毁灭的。

无边神秘的宇宙,总是给人们带来了太多的猜想,制造了种种的“谜团”,等待人们去一一揭开它的面纱。