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揭秘太空 人类的航天梦

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揭秘太空人类的航天梦
本书作者:张天蓉

本书读后感· · · · · ·

人类对太空有何更深入的理解?借助于现代的高科技,我们如何重新解读太阳系和银河系?如何认知太空中那些遥远玄奥而又形形的各种天体?太空的探索与开发又如何改变了人类的生活和思维方式?你将至少从以下三个方面获益:1.通过介绍人类航天史上一些妙趣横生、震撼人心的故事,从古代的飞天传奇,到世界各大国之间的太空争夺战,使读者对人类的航空航天简史了如指掌。2.用通俗易懂的比喻,图文并茂的解释,幽默风趣的语言,引导读者学习、思考和探索星星背后的物理现象,了解天体运行的基本物理规律。让读者体会大自然造物之巧、感受科学之美。3.介绍几个典型、著名的航天器和航天计划,解读其中涉及的基本物理原理和关键技术,了解现代航天技术的发展和未来展望。

我的学习笔记

这个世界各国以千亿万亿资金投入,数万人辛勤劳动以至付出生命代价的“航天工程”,为人类文明做了些什么?人类对太空的众星系有何更深入的理解?如今,借助于现代的高科技,我们如何重新解读太阳系和银河系、如何认知太空中那些遥远而且形形色色的神秘天体?太空的探索与开发又如何改变了人类的生活和思维方式?此外,在满天繁星及航天探秘的背后,隐藏着哪些基本又有趣的物理知识?这些是本书作者希望引领读者思考解决的问题。 P18

揭秘太空 人类的航天梦 科技电子书 第1张天上的星星并非遥不可及,它们的运动和变化无时无刻不在影响着我们的生活。 P19

从1970年发射第一颗人造地球卫星(东方红1号),在太空响起“东方红”开始,“长征”号运载火箭、神舟载人飞船、北斗卫星导航系统,还有“天宫”“嫦娥”和“玉兔”,一系列太空探索计划步步紧跟。 P20

在阿西尔·埃罗于1865年出版的《金星之旅》中,主人公也发明了一种利用水的反作用力将飞船推入太空的动力装置。 P21

人类最感兴趣且派去探测器的是哪些星球?为什么对它们特别看待?哪几个星球与地球的环境最为类似?在这些天体上是否探测到任何生命存在的迹象?如果地球突然发生大灾难,人类有移民其他星球的可能性吗?此外,如今飞得最远的“旅行者”号探测器被认为是刚刚抵达太阳系的边界。 P22

对此,作者描述了宇宙中一幅十分有趣的物理图景。 P23

德国南部的阿尔卑斯山区,一个颇有特色、叫作阿玛高(Oberammergau)的小镇附近,远望高山巍峨、雪峰挺拔;近看湖水碧秀、绿草如茵。 P36

之后短短的6个月内,疯狂的纳粹德国接二连三地共发射了3745枚V2导弹,其中有1115枚击中英国本土,共炸死2724人,炸伤6476人,对建筑物也造成相当大的破坏。 P37

没想到这一天,研制V2导弹的顶级专家却自己送上门来,正是踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫,美国人不由得乐在眉尖、喜上心头:“哦,欢迎你们投降,用你们的技术为美国效劳。 P38

这些从魔掌下逃离的物理学家们关注到德国在核研究方面的动向,由爱因斯坦牵头向美国报告说,德国科学家已经掌握了铀的原子裂变技术,即制造原子弹的第一步。 P39

揭秘太空 人类的航天梦 科技电子书 第2张

1945年3月,美军开进波恩,波恩大学的科学家们将一些相关资料撕碎丢进马桶中,但来不及处理堵塞的马桶就纷纷逃离了。 P40

大清洗运动中他也是被判了死罪的,所幸没有立即执行,这个人在西伯利亚做了几年苦工之后,现在正在一个监狱工厂里为我们研究和设计火箭呢。 P61

虽然俄国从德国捞到的油水不如美国那么多,但苏联雄厚的科技实力和俄罗斯民族的大国气慨帮助了他们。 P62

导弹火箭已经不需要他们帮忙了,这些人反而有里通外国、潜伏起来成为间谍的可能性,于是便将他们全数送回了德国。 P63

苏联的R-7和美国的宇宙神都是在纳粹的V2导弹基础上改进的,十几年的努力不会白费,推力和射程比起V2导弹大大增加,见图4-1。 P64

那么,我们是否首先可以发射一个人造物体,如同月亮那样绕着地球转呢?这个人造物体可以带上需要的仪器设备,代替人类从高处来观测地球、监控大气,研究地磁场以及海洋、潮汐、太阳黑子等,为我们提供各种服务,真正达到“守卫”地球的目的。 P66

双子座计划旨在为其后的“阿波罗计划”做准备,积累更先进的技术,包括如下一些具体项目:实现太空行走和轨道机动;航天器之间的交会对接;延长宇航员和飞船在轨的驻留时间到两周左右,以便足够前往月球并返回;测试载人系统的安全性并在预定地点着陆,为宇航员提供太空飞行中需要的零重力环境和飞行器对接的经验。 P91

无论地球交会还是月球交会,整个航天器都是由能分能合的两部分组成。 P92

赫鲁晓夫热衷于太空计划,因为在太空竞赛初期,苏联抢先美国的事实给他带来不少国际范围内的政治资本和个人威望。 P93

有意思的是,当“上升1号”飞船返回地球的那天,苏联的政局发生了变化,勃列日涅夫等人在莫斯科发动政变,赫鲁晓夫被免除一切职务,强迫“退休”。 P94

还好他身上预先系了一根5.35m长的与飞船相连的绳链,也冲不到哪里去!不过,面对茫茫太空的惊吓无助之情却可想而知。 P95

北极光和南极光固然使人类着迷,吸引人们不远万里到极地观赏这一大奇观。 P147

特别是进入航天时代以来,NASA及其他国家发射了多个监测太阳的航天器:如1980年的“太阳峰年卫星”,1990年的“尤利西斯号”,1995年的“轨道太阳望远镜”,2006年的“日地关系天文台”等。 P148

从1990年发射,到2008年,整整18年的服役期中,不但顺利完成了设计者最初期望的5年的任务,还多活了13年,提供给科学家们许多有用的资料,带给了人们额外的惊喜。 P150

如今我们很难想象当年的地球极区征服者所遇到的困难,但看看他们使用的交通工具也许能给我们一些启迪:由于地球极区的特殊地理条件和气候环境,当年征服两极的先驱们使用的交通运输工具基本上都是“狗拉雪橇”。 P151

虽然在现代,这种不幸已经越来越少,但前辈的精神,给我们留下珍贵的科学遗产。 P152

但天体物理学家们感兴趣的是太阳磁场的N、S极及其变化。 P153

探测器的控制中心位于美国加州的NASA喷气推进实验室。 P155

接着,探测器利用它自身的三级火箭加速,提高飞行速度到每秒16km左右,然后沿着绕地轨道,背对太阳而去。 P156

伽利略用望远镜研究太阳系的行星和它们的卫星;赫歇尔家族用望远镜探测银河系并记录下几万颗星星,建立了天文学发展的基础;哈勃用望远镜观测到4万多个“河外星系”,大大扩展了人类观测宇宙的视野!天文望远镜自发明伊始一直沿用至今,不过,现代的天文望远镜已经今非昔比。 P171

钱德拉X射线天文台发现了中等质量黑洞存在的证据,观测到了银河系中心超大质量黑洞——人马座A? 的X射线辐射。 P172

不过它的优势是位于太空,它就是一颗人造地球卫星,以7500m/s的速度,绕高度为559km的低地球椭圆轨道运行,97min就能绕地球一圈。 P173

哈勃定律的意思就是说,星系飞离我们的速度与其距离成正比,离得越远的星系飞离得越快。 P174

也就是说,我们看见的是这个星星的“过去”,或者是这个位置上“过去”的星星!8min前的“过去”不必大惊小怪,但10年、1000年、1亿年前的“过去”,那就非同小可了!/ 图15-1 哈勃深空和哈勃超深空的拍摄位置(a)哈勃深空;(b)哈勃超深空人类从地面上用肉眼观察天象,看到的也是星星的过去。 P175

哈勃深空(Hubble Deep Field,HDF)是一张由“哈勃”于1995年所拍摄的夜空影像。 P176

黑洞有着极其丰富的物理意义和哲学内涵,黑洞周围的时间和空间有许多有趣的性质,涉及的内容已经远远不是光线和任何物体能否从星球逃逸的问题。 P190

爱因斯坦的引力场方程,或简称“场方程”,便是将时空几何性质与物质分布情况联系起来的数学表述。 P191

上面的引力场方程被写成了异常简单的形式,但实际上,时空曲率R 及表示物质的T 中都有丰富而复杂的内容。 P192

也就是说,如果假设真空中只有一个质量为M 的球对称天体,那么引力场方程的解是什么?这种分布情况虽然异常简单,但却是大多数天体真实形状的最粗略近似。 P193

这两个数值都导致史瓦西解中出现无穷大。 P194

不过,无论人类是否到得了黑洞的视界之内,科学家们的思想却免不了总在那儿徘徊。 P195

因为在这个半径以内,外界无法得知其中的任何细节,我们将其称之为“视界”。 P196

质量M 产生黑洞的视界;角动量L 是旋转黑洞的特征,在其周围空间产生涡旋;电荷Q 在黑洞周围发射出电力线,这三个物理守恒量唯一地确定了黑洞的性质。 P197

惠勒突发奇想,问学生:“如果你倒一杯热茶到黑洞中,会如何?”惠勒的意思是说,热茶既有热量又有熵,但据说一切物质被黑洞吞下后就消失不见了。 P198

根据爱因斯坦狭义相对论导出的质能关系式:E =m c2 ,能量和质量是物质同一个属性的两个方面,或者也可以简单地说成是质能可以互相转换。 P199

然而,热茶倒入黑洞后,这些分子运动的复杂信息都到哪儿去了呢?黑洞被描述得如此简单,经典黑洞无毛,看起来似乎无熵可言!因为任何天体一旦塌缩成为黑洞,原来的信息都丢失了,无论原来是圆的、扁的、方的,是锥形还是环形,内部有多少中子、电子、光子,或夸克。 P200

物质绵绵不断地从“液滴”的尖端,被输送到“不可见”的星体,积累和弥散在其周围,形成一个圆盘形状,也就是天文学家们所说的“吸积盘”。 P214

此外,不断进入中心体的周围物质所携带的引力能得到释放后,高能电子会摩擦并将吸积盘中的气体加热到很高的温度,导致气体向外辐射。 P215

星体质量的测量和估算非常困难,不过随着天文技术的进步,测量的数值会越来越准确。 P216

因为他无论输赢都高兴,赌赢了得杂志,赌输了证明黑洞存在,证明他的理论正确。 P217

木星不像地球有固态的表面,是一个气态行星。 P219

所以,在中国古人的眼中,木星有规律的运行,记录和主宰着天干地支、生命轮转,象征着农业兴衰。 P220

而木星和太阳的质量中心,已经偏离到了太阳表面上,所以结果是木星和太阳都绕着质心转,木星转大圈,太阳转小圈,如图20-1的右图所示。 P221

然后,如果我们考虑木星的巨大质量和体积的话,它表面的重力加速度是地球加速度的2.5倍。 P222

像木星这种巨行星,一般被假设为有一个岩质的核心,与地球核心类似,高压高温。 P223

因此,对木星的研究将加深我们对系外行星的认识,了解木星的形成过程将为了解其他行星的形成提供重要的线索。 P224

木星的极光虽然也会变化,但却是“永驻”在极区的。 P225

1609年,荷兰光学专家汉斯·利柏黑(Hans Lipperhey)将两个凹凸镜片放在一起制成了望远镜,伽利略知道后立刻动手改良,造出了一具放大20倍的望远镜。 P226

麦迪逊家也因此安排伽利略成为比萨大学的教授,且不用教书和尽公职,只专心做研究,这使得当时的伽利略声誉满欧洲,人们似乎忘记了(或者说是视而不见)这些新发现对哥白尼日心说的支持。 P227

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