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盘点十大最酷的太空失重实验

时间:2017-09-22 14:33:16 浏览量:
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失重,是指物体失去了重力场的作用,当物体处于失重状态时物体除了自身重力外,不会受到任何外界重力场影响。

目前国际空间站仍在建设之中,虽然人类实现太空殖民计划尚还有许多努力需要完成,但是失重状态研究已进行了数十年。以下是历史上最酷的十大失重状态实验。

承受宇宙真空辐射的“水熊”

承受宇宙真空辐射的“水熊”承受宇宙真空辐射的“水熊”

当动物在太空环境中飞行中,失重并不是唯一发生变化的环境因素。它们还会承受大量的太阳和宇宙辐射线,苔癣和细菌却能够幸存于真空和太空强辐射环境中。

但迄今为止,科学家还发现地球上还存在着一种奇特的动物能够幸存于太空真空强辐射环境中,这就是用显微镜才能观测的无脊椎动物“水熊”,它们是缓步类动物家族成员之一。2007年,在一次欧洲火箭实验中,一些缓步类动物暴露于太阳强紫外线辐射和真空环境下,实验结果显示,少数缓步类动物能幸存于辐射状态下,但多数却能够适应真空环境

“马兰哥尼对流效应”

“马兰哥尼对流效应”“马兰哥尼对流效应”

在缺少重力作用状态下,表面张力是流体物理学特征的主要因素,如图所示,这张图片是在国际空间站拍摄的,从一个金属环中延伸出的水流就好像被一个无形的汤匙搅动。这种搅动效应是使用一个手电筒不均匀加热水造成的,所形成的温差将诱导液体水表面张力失衡,导致液体水发生旋转。

像这样的表面张力实验叫做“马兰哥尼对流效应(Marangoni convection)”,该现象很少出现在地球上,但存在于诸如熔钢冷却池等环境中

失重状态下的火焰

失重状态下的火焰失重状态下的火焰

在失重状态下更容易形成外形更圆滑、温度更低的火焰,如图所示,图片左侧的是正常重力状态下的火焰,右侧是失重状态下的火焰。不同于地球环境状态,在失重状态下热低密度空气并不会上升。在失重状态下,粒子从高温至低温区域占据主控地位。

研究太空状态燃烧现象将揭示这种现象更多的基础物理原理,进而有助于研制未来太空任务的火灾扑灭技术。

青鳉胚胎在太空环境中

青鳉胚胎在太空环境中青鳉胚胎在太空环境中

如图所示,日本青鳉(图中是青鳉胚胎)是第一种用于研究太空胚胎发展的动物,1994年,青鳉搭乘美国航天飞机“奋进”号飞向太空。在动物生命循环之初,重力的重要性仍是一个较大的谜团。

虽然太空环境与地球环境下发育的青鳉十分相似,但是对于老鼠、有爪蟾蜍等其他物种而言,在早期发展阶段它们处于失重状态下会出现显著的影响,许多实验出现了身体畸形现象。

人体失重环境测试

人体失重环境测试人体失重环境测试

太空研究的一个重要部分是聚焦于失重状态下人体生理反应,自由下落状态能够影响宇航员对体积尺寸和距离的判断,从而导致细血细胞和肌肉质量的减少。但是影响最大的还是人体骨骼。

即使接受严格的体能锻炼,在太空环境下多数人的一些部位(如臀部)骨骼重量每月将减少1.5%,这相当于绝经后女性一年内流失的骨骼重量。目前研究人员正在致力研究如何减缓这种效应,其中一种方法就是利用垂直跑步机模拟失重环境

像化妆箱的实验装置

像化妆箱的实验装置像化妆箱的实验装置

如图所示,这个手提箱大小的实验装置看上去就像一个简单的化妆箱,然而它却是用于测试陶瓷和孢子等一系列物质的辐射效应,2001年,它作为首个国际空间站原料实验箱(MISSE)被安置在国际空间站上。

同年9月1日,美国航天飞机“发现号”宇航员移除了国际空间站上第6个实验箱。近期美国宇航局最新报告显示,MISSE很可能是迄今为止空间站哨外获得数据信息最多的科学仪器。

回旋镖、飞毯、叠衣服和滴眼药水

回旋镖、飞毯、叠衣服和滴眼药水回旋镖、飞毯、叠衣服和滴眼药水

失重环境下的各种实验示范时常让公众从中分享喜悦,同时一些自由落体的物质属性插图更加吸引人们的注意。2008年,日本宇航员土进隆雄(Takao Doi)抛出了一支回旋镖,从而验证是否这支回旋镖能够沿原路径返回。最终它实现了自己的愿望,但是回旋镖能够沿着环形路径返回是由于该曲线结构的不均匀受力造成的,而不是受到重力影响。

2009年初,另一位名叫若田光一(Koichi Wakata)的宇航员完成了一系列太空零重力作用,向公众表明能够完成飞毯飞行、叠衣服和滴眼药水。

太空状态下矿石体积更大

太空状态下矿石体积更大太空状态下矿石体积更大

在失重状态下,晶体的体积会更大一些,如图片右侧的硅酸盐矿石晶体。这是由于硅酸盐矿在液态环境下通过溶液中的物质逐渐增长体积,最终在溶液中残留剩下低密度液体。在地球环境中,低密度液体在上方漂浮,在实验器皿中形成对流,从而形成低密度和高密度液体的分层和限制晶体的体积大小。这种现象在失重状态下是不存在的。

建立较大、更纯净的晶体有助于揭示其更多的基础性结构和性能。硅酸盐矿石上布满微小孔隙可用于过滤和存储矿物质,比如用于未来燃料电池的氢

太空环境鼠伤寒沙门氏菌的感染能力加倍

太空环境鼠伤寒沙门氏菌的感染能力加倍太空环境鼠伤寒沙门氏菌的感染能力加倍

失重状态可能对于人体伤口感染处的损害双倍加重,太空旅行能够减弱人体免疫能力,在太空环境下会让细菌比在地球环境下更致命可怕。2006年,美国宇航局航天飞机飞行任务显示鼠伤寒沙门氏菌(图中红色部分)使老鼠致命的几率提高3倍。

失重状态能够提高葡萄球类细菌的新青霉素毒性抗性,鼠伤寒沙门氏菌这种抗菌性生物是伤口感染的主要原因之一。目前,一家名为“Astrogenetix”的公司正在研究如何提高该病毒的隔离抗性,有望生产出新的病毒疫苗。

迷你人造卫星

迷你人造卫星迷你人造卫星

国际空间站也有一些迷你型人造卫星,这是一些足球大小的装置,叫做“同步方位保持适应再定向试验卫星(SPHERES)”,这个“三重唱”装置用于测试控制程序,使人造卫星在最小化人为干涉情况下实现最佳飞行。个别太空人造卫星可用于调节,实现更强大的望远镜功能。

更好的控制程序也可确保太空飞船自动与国际空间站对接,也可以更好地完成轨道仪器设备的装配工作。

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编辑:时雨
关键词: 太空实验
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