书城科普破译神奇月球之谜(破译奥秘大世界丛书)
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第26章 月球的运动(17)

升空多久后航天飞机才进入轨道

从技术上讲,当航天飞机的三台液态燃料发动机关闭——也就是升空8.5分钟后,航天飞机即进入了轨道。航天飞机的轨道是一个椭圆,其最高点为290千米(根据所执行任务的不同需要而定),最低点为60千米。但航天飞机不能呆在最低点,大气层的摩擦力会令其坠落。所以,要到达能让航天飞机呆得住的高度,航天飞机在升空后还要借助发动机的动力再飞行45分钟。在这段时间内,航天飞机的时速可升至230千米,足以将飞机送上高约300千米的轨道。(航天飞机载有约8.5吨供自动操作系统用的燃料,作入轨、轨道调整和出轨之用。)

从什么高度起算是进入了太空

没有一个明确的标志高度,因为大气层是渐变的。海拔越高,空气就越稀薄。在海拔8千米的高度,气压降至海平面气压的1/2,到8万米的高度则降至1/1000。一般认为,到8万米以上的高度就算是进入太空了。在8万米以上的高度也并不意味着什么都没有,那里仍有无数的各种各样的气体分子存在,只是因为太稀薄,故被视作真空。

航天飞机能永久呆在轨道上吗

不行。虽然我们把太空称作真空,但实际上在航天飞机运行的轨道仍有无以数计的各种各样的气体分子存在。它们虽然极其稀薄,但航天飞机与它们之间仍有碰撞,所产生的空气动力仍会对航天飞机产生阻滞作用,从而导致轨道衰变(轨道高度慢慢降低)。除非重新施加助推力,任何一颗卫星都会因大气的阻滞作用而最终坠回到地球上。在标准轨道高度(290千米),航天飞机轨道运行的最长期限为一个月左右。这个时限并不影响航天飞机任务的执行,因为通常一架航天飞机升空一至两个星期后就得返回。另外一些卫星需要在轨道呆很长时间——譬如哈勃望远镜及未来的空间站——空气阻滞力对它们来说就是个大问题了。解决的办法是定期给它们施加助推力。哈勃望远镜就是由航天飞机在对其执行维修任务的同时给它施加助推力的。未来空间站则将自带喷流设备,以定期喷流助推。喷流所需的燃料由俄罗斯的无人火箭油箱从地球上送到空间站。

航天飞机的飞行速度有多快

航天飞机的轨道航行时速最高可达2600千米。平均每秒8千米,相当于步枪射出的子弹速度的10倍。以这样的速度,只需10分钟就可从洛杉矶飞抵纽约。速度如此惊人,宇航员却难有感觉,因为他所处的高度太高了。如果是一位当过空军的宇航员,他会告诉你,驾驶战斗机以1000千米的时速飞行,所感受到的速度都要比在地球轨道上以21600千米时速飞行时的速度快得多。

宇航员在作太空行走时为什么不会被航天飞机拉下

首先,大多数太空行走都是在宇航员被系在航天飞机上的情况下进行的,因此他们不可能被拉下。而即使他们解掉系绳,他们也不会被拉下,因为他们是跟航天飞机在同一轨道、以同样的速度在运行着。

做一个简单的实验,就可以帮助你更直观地对此有所理解。下次乘坐汽车时,当汽车以100千米的时速前行,请你用一只手举起一枚硬币,再松开手,任其自由下落,它会落在你的另一只手上。它下落的过程约为1/8秒,在此过程中,汽车已前行了约3米。这时你会问自己:“车已走了3米:硬币怎么没撞到后窗上去呢?”答案是,硬币与汽车同步前行的速度并没有改变。它在坠落的过程中获得了向下的速度,但向前的速度没变,它跟汽车一样也在以100千米的时速前行。同理,宇航员在作太空行走之时,他也跟航天飞机一样同时在作轨道运行,即使他解掉系绳情形也不会有所改变。

航天器的轨道对接危险吗

每当读到媒体夸大其辞的说法就让人感到好笑,他们总爱渲染航天器轨道对接之时的时速——21600千米,不在这样的高速之下航天器的对接是一件危险之至的事。其实完全不是这么回事。21600千米是航天飞机的绝对时速,根本不会给对接造成任何危险。只有航天飞机与它所要对接的目标之间的相对速度才有造成危险的可能。而要对接的两个航天器的运行速度同为21600千米/小时,也就是说,相对速度几乎等于零。相比之下,其危险性还不如时速为216千米的两架普通飞机相会合时更大。

是什么给航天飞机提供了保护,使其在返回大气层时不致因摩擦生热而融化

制造航天飞机的主要材料是铝,离3000℉(1649℃)的耐温要求差得很远。因此必须给它加一个隔热层。早期的航天项目,宇宙飞船上加的是可融隔热层。这种隔热层团融化而将热量消耗掉。它给宇宙飞船提供了有效的保护,缺点是它是一次性的,不能重复使用。而航天飞机装备的则是一种先进得多的隔热层。

这种热保护系统(TPS)的主要构成是贴在航天飞机腹部的20000块黑色隔热瓦。制作隔热瓦的基本材料是普通的沙子,被做成很细的纤维。由于隔热瓦体积的90%是空气,所以它的重量极轻,拿在手上就像拿了一块塑料泡沫似的。隔热瓦的厚度分为25毫米和12.5厘米两种,最高可耐2300℉(1260℃)的高温。

为什么航天飞机在返回大气层时需要散热层的保护,而升空时却并不需要

只有当航天飞机在大气层中以特超音速(超过音速5倍以上)飞行时,摩擦所生的高热才足以令飞机融化,因而需要散热保护层。而航天飞机升空之时这样的情况不可能发生,所以也就用不上保护层。升空之初,航天飞机几乎是垂直上升的,速度也相对较慢。这样,它很快就越过了大气层密度最高的区域。这并不是说就没有摩擦生热,助推火箭的顶部仍装备有碳化材料保护层,而航天飞机的机首原本就有散热保护层。但相比于返航,升空之时的摩擦生热微不足道,因为随着航天飞机速度的提升,它离大气层也就越来越远。而返航时情形则恰恰相反。这时航天飞机是以轨道运行的速度冲入大气层的,超高的速度和突然加大的空气密度导致巨大摩擦并生成巨大的热能,因而必须对机壳采取有效的散热保护措施。

航天飞机着陆时,地面上的人会听见两声爆响这是怎么回事

看过航天飞机着陆的人都听到在飞机着地前约5分钟会接连发出两声爆炸似的声响。这叫做声震——是因航天飞机的机头和机翅的冲击波受阻而发出的爆音。

航天飞机着陆的跑道需要多长

在张开减速伞、踩死刹车的情况下,航天飞机从着地到完全停下要滑行约1500米。但是,为了尽量减少刹车的机械磨损,一般都不会把刹车踩死。这样,滑行距离平均约为24千米至30千米(大多商用飞机着陆的滑行距离为900米到1200米)。肯尼迪航天中心和爱德华兹空军基地的水泥跑道均长4500米。

返航之后,宇航员需要多长时间才能重新适应地球引力

刚回到地球上的几个小时内你的感觉会很强烈,走路明显困难——就像双腿灌满了铅似的。不仅如此,平衡感也会受到影响,所以,刚从太空返回的宇航员走路磕磕绊绊的并不是什么新鲜事。睡过一夜之后,第二天早上起床时仍然觉得腿沉甸甸的。

重新习惯地球引力到底需要多长时间?似乎难有定论。多数宇航员认为这跟执行航天任务时间的长短有关。也有的认为,每次从太空返回,重新适应所需要的时间都会比前一次有所缩短。他们的适应期短的只需一天,长的却可达一个星期。

观测月亮

月亮大概是天文爱好者们最乐意观测的天体了。它的光线柔和,表面又那么丰富多彩,各种地形结构都有,无论用不用望远镜,都有不少很引人入胜的观测项目可进行。

观测月相变化

我们逐日看到的月亮形状是有变化的,这有好几种名称,像月相变化、位相变化、盈亏变化、圆缺变化等。太阳、地球和月亮三个天体之间相对位置的变化,使得我们从地球上看月亮时,月亮呈现出月相变化。月亮位于太阳之东90°为上弦,亮半球的圆边冲西;月亮与太阳相差180°时为满月,叫做望;月亮位于太阳之东270°时,为下弦,亮半球的圆边冲东;月亮与太阳经度相同时,叫做朔。

从朔到朔,或者说从望到望,叫做一个朔望月。一个朔望月的长度是29.53日,即29日12时44分03秒。也可以用月龄来表示月相的情况,朔的月龄是0,望的月龄是14.8。

观测和记录月相变化的全过程,是件既有趣又很有意义的事。这样的观测至少得安排一个月,遇到天气不那么好的情况,就得安排更长些的时间。从月朔到满月这段时期里,可以在太阳刚落下时进行观测,从满月到月朔这段时期里,观测工作可以安排在太阳升起之前进行。所谓观测,主要是把月亮的形状和在星空中的位置记录下来。如果能同时记下月亮面上明暗地区的状况,那就更好。

在做这项观测工作的同时,你的另外一个收获是会发现月亮在星空中的位置,每天平均往东移动约13°,这使它每天平均比上一天晚升起来约50分钟。

肉眼观测月面

在没有望远镜的情况下,我们当然只能凭自己的这个“天然”望远镜来观测月亮表面。不要以为这样就没有什么东西可看,在望远镜还没有发明之前,从前的天文学家就是这样观测月亮的,而且还画下了虽说粗略但还是相当不错的月面图。我们也可以这样做一做,初步认识一下月亮表面的大致情况。即使你有一个双筒望远镜,或者小型望远镜,也不妨先凭肉眼认真观察一下我们地球的这个天然卫星,随后用望远镜观测和用现存的月面图对照一下,一方面检查一下自己的观测质量,同时,这也会增加你许多知识。

肉眼观测月面之前,先准备一张白纸,在白纸上画个圆,作为月亮的轮廓,如果你怕观测到的月面目标,在你的纸上画不准它的位置,不妨在代表月亮的那个圆上面画两条互相垂直的直线,将圆面平均分为右上、右下、左上、左下四个部分。这样,月面目标的位置就能画得比较准确了。

同时需要准备的还有铅笔、橡皮、一个不要太亮的手电筒,或者在亮手电筒外面包一块红布,至于是否需要桌椅等,你可以根据自己的情况来考虑。

观测和描绘月面的工作最好是在满月前后的日子里进行,这样画下的月面图比较完整,当然,这并不是说在一个朔望月的其他日子里不能进行这项工作。画下的月面图应该及时拿去与正式的月面图对比一下,写上相应的名称,并看看自己的观测能力、绘画技巧和水平。

肉眼观测月面时,至少应该比较清楚地看到上图所标明的那些目标,即:

冷海(Mn)38哥白尼环形山

雨海(MI)41恩迪米昂环形山

澄海(Ms)47格里马第环形山

危海(Mc)54开普勒环形山

风暴洋(OP)55朗格林诺斯环形山

静海(MT)67柏拉图环形山

丰富海(MFe)69波西当尼斯环形山

酒海(MNe)80第谷环形山

云海(MNu)

湿海(MH)虹湾(sI)

月面图

肉眼观测月面有其特殊的魅力,但终究人眼的分辨力是有限的,只能看到月面的粗略情况。比较理想的是使用小型望远镜来观测月面,不仅能着到月面上的环形山、月海、山脉等,还可以看到许多难以确切形容的结构细节,简直可以说是百看不厌!

月面上同一个环形山、同一片地形,在太阳光直照或斜照的时候,看起来往往有很大韵不同。阳光斜照时,月面环形山等凸出部分,以及凹陷下去的部分,都会在月面上留下特别黑的影子,这样,高山、平原、海、峡谷等就能分辨得很清楚。

观测月面可以有多种方案,譬如:一种是全面巡视,普遍浏览;另一种是重点观测,只挑环形山、或月海、或山脉等进行重点观测;再一种可以从月龄很小的时候开始,逐晚观测月面明暗界限附近的一些目标。这里,我们基本上是按最后这种方案进行的。当然,某些环形山周围的辐射纹现象,只有在满月前后的几天内才能清楚地看到,那就只能安排在这几天去观测。

无论采用哪种观测方案,观测月亮时不要用口径太大的望远镜,对于口径稍大的望远镜来说,则放大的倍数不要太大,而以五六十倍、最大不超过100倍为好。用高倍率目镜观测月亮的话,因为视场很小,看到的只是月面较小的一部分,而且看到的这部分显得比较暗。

月面风光

月亮表面存在着各种地形,被称为:环形山、山脉、山谷、月海、湾、湖等。大部分月海都集中在月球正面的北半球,环形山则集中在月球的南半球、尤其是南极附近地区。下面我们依月龄由小到大的顺序,给大家介绍一些月面的主要风光。

月龄3.8

这样形状的月亮一般被称为娥眉月,这时,危海(MC)是特别引人注意的观测目标。这个孤零零存在的月海显得比较黑,它南北长约560千米,东西宽约500千米。危海内稍偏西的海底上有两座小环形山可仔细找一找,南面的叫皮卡德(86),北面的是皮尔斯(Pierce)。危海的北面是直径超过120千米的克劳默特环形山(36),环形壁上的一座山峰高达3000米。

月龄3.9

佩塔维斯环形山(65)是一个值得一看的环形山。它南北长约160千米。环形山壁中存在着许多山谷,环形山底部则矗立着高达1600米的山峰。观测这座环形山的最佳时间是在满月之后1天左右。

朗格林诺斯环形山(55)的直径约128千米。紧挨在它西北方向的是3座成三角形的小环形山口,可仔细搜寻一下。它南面的文德林环形(82)呈梨形,很容易辨认。克劳默特环形山(36)的北面是伯克哈特环形山(Burckhardt),再往北则是杰米纳斯环形山(83),后者的直径在80千米以上,其东部环形山壁高达5000多米。再往北是高斯环形山(85),它南北长约170多千米。

月龄5.5

略似菱形的丰富海(MFe)和在它西南方的酒海(MNe),是两个最明显的观测目标。酒海略呈五角形,紧挨在它南面的是弗拉卡斯托利斯环形山(44),其北部的环形壁已破碎。继续往南,可以看到3个挨得很近的环形山口,它们是法布里修斯(94)、梅蒂乌斯(93)和勒伊塔(92)。在南边缘上的莱布尼茨山脉(c)有可能看到一部分。

东北边缘上的恩迪米昂环形山(41)看起来呈椭圆形,它的东环形壁高达5000米。观测这个环形山的最佳时间是在朔之后的3日7小时,或者满月之后的2日9小时。恩迪米昂南面的赫尔克利斯(49)和阿特拉斯(29)两环形山看起来很明显,观测它们的最佳时间是在朔之后的五六天,或者在满月之后的三天半左右。赫尔克利斯只是个深坑,直径约74千米;阿特拉斯略大,直径约88千米,底部还有个中央山峰。