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太空2020/4/28 14:58:43 |
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我们知道，地球是圆的，但因为有重力，所以我们人可以站在地球上，但到了太空，人几乎是飘的，那么，这是不是意味着太空没有重力呢?到底太空中的物体受重力吗?物体在太空中的受力情况怎么样?我们一起来了解。
太空中的物体受重力吗 物体在太空中的受力情况怎么样
太空中物体是受重力的。在地球上，物体质量所产生的重力，作用在与地面接触的物体上，我们称之为重量。太空中运行的物体仍然有质量,这样就会产生自身的重力区。
在太空中所有具有大质量的星体，像太阳、地du球和其他行星，都是有地心引力的。在太空中运行的物体所出现的失重，并不是地心引力作用不存在，而是重力作用对它的作用消失。一旦有了阻力，如大气阻力、发动机动力、旋转产生的离心加速度等等，失重现象就不见了。
地球物理学家将大气空间(或称为空气空间)分为5层。对流层，海平面至10千米。对流层有浓密的空气，称为浓密大气层。浓密大气层随高度增加，空气越来越稀薄。平流层，10-40千米之间。中间层，40~80千米。80-370千米为热层，属于电离层的下部。外大气层，370千米以上的空间，属于电离层的上部。从地球表面到100千米的高度，随高度增加，空气越来越少。地球上空的大气约有75%存在于对流层内，97%在平流层以下。热层的空气密度为地球表面的1%，在外太空1.6万千米高度空气继续存在，甚至在10万千米高度仍有空气粒子。因此，空气空间与外层空间没有明确的界限。
关于人工重力
几十年来，科学家一直在设想一种巨型旋转空间站，能够产生人造重力。不过，这一梦想一直未能成为现实。由于零重力状态对宇航员的健康产生的不利影响以及未来将要实施的探索火星、小行星等持续时间更长的深空探索任务，打造可产生人造重力的航天器将成为一种必然。此外，随着商业太空旅行业的快速发展，未来可能出现巨大的充气式轮形空间站，可产生人造重力，让游客享受更为舒适的太空之旅。
许多近现代著名物理学家，如爱因斯坦、海森堡、泡利(Pauli)等，都在晚年致力于统一理论的研究，但是没有取得成功。自然界中总共四种相互作用力，除万有引力之外的三种都可由量子理论来描述，电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换量子来解释的。
但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的。在这一图像中，弥漫在空间中的物质使空间弯曲了，而弯曲的空间决定粒子的运动。人们也在尝试用模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时物质交换的量子称为引力子，但这一尝试却遇到了理论上的很多困难。
上个世纪后半叶以来，不少科学家提出了各种大统一理论，希望将四种力用一种理论进行统一，但都遇到这样那样的困难，其中只有弱力和电磁力的统一(称之为电弱力)较为满意。用规范理论统一四种基本相互作用是一种诱人的因素，但是在前进的道路上也有可能遭到失败。也许人们还会寻找新的途径去统一各种基本的相互作用。通过一系列探索、失败、成功，再探索、再失败、再成功，不断发现矛盾，解决矛盾，每一次循环都在加深着人类对自然界的认知。
如果某天能将四种基本力成功统一了，人类就有可能使用电力直接制造人工重力，就像科幻电影中那样!
在未来的宇宙探索中，人工重力系统是必须的，人在失重状态下有很多害处，在未来动辄几年甚至几十年的太空探索中是不可能让人一直处在失重状态下的，所以人工重力系统的产生势在必行!
当前大多数科幻片中演绎的人工重力模式暂时没有什么理论基础，在未来时间里只有一种实现方法，就是依靠旋转的向心力来替代重力，像1968年的科幻电影《2001太空漫游》的巨大轮盘形太空站所展现的人工重力方式。那种不靠向心力的人工重力暂时还没办法实现，因为人类对引力的认知还很有限。
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导语：讯 宇航员在太空生活作业需要克服诸多困难，有技术层面还有心理层面，外界隔绝需要强大的心理素质，对震动及眩晕的耐受能力要求很高。美国宇航员威廉姆斯，俄罗斯的奥夫奇宁和斯克里波齐卡，他们三人在9月7日乘坐最后一艘老式载人飞船“联盟TMA-20M”，在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘市附近成功着陆，结束了在国际太空站的172天任务。其中，威廉姆斯已累计在太空停留534天，创下美国宇航员在太空轨道生活的纪录。太空是个充满魅力的神奇世界，在太空的生活更是个充满魅力、令人好奇的神奇话题。
美宇航员太空停留534天 ：宇航员阿列克谢·奥夫奇宁、奥列格·斯克里波奇卡和美国宇航局宇航员杰弗里·威廉姆斯安全返回。
威廉姆斯来自美国威斯康星州，是今年第二个打破该项美国纪录的人。除了完成太空飞行的任务以外，他还执行了多次航天飞机和国际空间站计划技术任务，是一个有过四次飞行经历的资深字航员。威廉姆斯现任国际空间站远征 48 机组指挥官，计划将于 9 月 6 日返回地球。
威廉姆斯已累计在太空停留534天，创下美国宇航员在太空轨道生活的纪录。此前为国际太空站总指挥的他已将职务移交给俄罗斯宇航员伊万尼申。国际太空站能容纳六名宇航员，除了目前在那里的伊万尼申、日本宇航员大西卓哉以及美国的鲁宾斯，另有三名宇航员定于9月 23日出发，取代已回返地球的三人。
美俄宇航员“下凡” 美宇航员在太空停留534天创纪录
威廉姆斯在 7 月接受 NAsA 的录制采访中称：“在太空生活的每一天都是我的荣誉。而能够持续在太空生活，我感觉不胜荣幸。”当天，为了祝贺威廉姆斯打破纪录，凯利加入了德克萨斯州的休斯顿飞行控制组。
他在电话中对威廉姆斯：“祝贺你在太空中停留的总天数超过了我，真高兴又看到一项纪录被打破。”之前凯利在太空中生活了将近一年时间，并于 3 月 1 日返回地球。此次飞行作为一项太空实验的一部分，旨在测试长期飞行对人体生理及，已理的影响，为之后可能进行的火星任务做准备。
人一旦到了太空，便会出现始终现象，很多人认为是太空没有和地球一样万有引力，也就是所谓的重力，但实际上，太空中是有重力的，那么，既然有重力，到底太空中为什么会失重呢?太空中失重的原因是什么?我们来看看科学家怎么回答的。
太空中为什么会失重 太空中失重的原因是什么
太空中的失重来自于航天飞机和空间站在轨道上运动的离心力，这些作用于航天飞机和宇航员身上的离心力恰好与地球的引力相等，且方向相反。
因此，航天飞机与和平号空间站就都不会掉到地球上。必须在与地球保持应有距离的轨道上以准确的设定速度运行，以便使地球的引力与航天飞机在轨道上运行所产生的离心力相当。重力是由于地球的引力与离心力的矢量差产生的。
当宇航员在太空绕地球匀速旋转时，地球对宇航员的引力与旋转产生的离心力大小相等，方向相反，所以宇航员感觉不到任何重力的存在，这就是完全失重，有时简称失重。
失重的不利影响很大，失重除了导致宇航员骨质损失外，还会导致宇航员肌肉松弛，免疫力下降和衰老。引发多种空间运动病，近20年载人航天史上，空间运动病频繁发生。
关于失重的原理：
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。
所谓重力，是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比，与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说，物体离它越远，所受它的引力越小，即重力越小，在足够远的距离上，它的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体，众多天体的引力会形成一个引力场。因此，太空不会是失重环境。当然，就局部地区来说，如在地月系统中，只考虑地球与月球的引力，在地球与月球之间的某些点上，地球与月球的引力相互抵消，重力为零。在日地之间也有引力平衡点。绕地球飞行的载人飞船，离地面一般只有几百千米，那里的太空当然不会是零重力环境，即使在36000千米高空绕地球飞行的航天器，其周围太空也不会是零重力，而只能是轻重力，即重力比地球表面上小(几乎可以忽略不计)。利用飞机作抛物线飞行或利用自由落体原理设计的失重塔只能提供短暂的失重感。航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中处于持续的失重状态。
在环绕地球运行的轨道上，实际上只有航天器的质心处于零重力，其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等而获得相对于质心的微加速度，这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动以及微小的气动阻力等都会使航天器产生微加速度。因此，航天器所处的失重状态严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。在失重状态下，人体和其他物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工，例如生长高纯度大单晶，制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。失重为在太空组装结构庞大的航天器提供了有利条件。
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导语：太空有诡异敲击声：杨利伟，中国进入太空的第一人，在中国可谓是无人不知，无人不晓。而他在太空做了什么，看见什么，听见什么，自然是大家颇为关注的。日前，据报道，杨利伟说，他在太空碰到一个原因不明的情况，就是时不时出现的敲击声，敲击声不管白天还是黑夜毫无规律。对此不少网友脑洞大开，想起了歌词“是谁在敲打我的窗”。
杨利伟当年飞天成功，引起了无数的赞美，这也让我们中国人很值得骄傲。但是杨利伟自述：“我在太空碰到一个原因不明的情况，就是时不时出现的敲击声”。这种敲击声不管白天还是黑夜毫无规律可言。
杨利伟自诉太空有诡异敲击声
不是外面传进来的声音，也不是飞船里面的声音，而仿佛是谁在外面敲飞船的船体。无法准确描述它，不是叮叮的，也不是当当的，而是更像拿一个木头锤子敲铁桶，咚……咚咚……咚……。
因为飞船的运行一直很正常，我并没有向地面报告这个情况。但自己还是很紧张，因为第一次飞行，生怕哪里出了问题。每当响声来的时候，我就趴在舷窗那里，边听边看，试图找出响声所在，却没能发现什么。
在神舟六号和神舟七号飞行时，这个声音也出现了，但我告诉他们：“出了这个声儿别害怕，是正常现象。”由于从来没有人体验过，所以我在飞行过程中经历的好多心惊肉跳的瞬间，等回到地球后分析，发觉其实并不复杂。虽说航天员的心理素质高于常人，但说实话，那时还是会本能地紧张。
延伸阅读：杨利伟是中国进入太空的第一人。男，汉族，辽宁省葫芦岛市绥中县人， 大学文化程度，中国共产党党员，中国人民解放军少将军衔，特级航天员。他历任中国航天员科研训练中心副主任，载人航天工程航天员系统副总指挥，现任中国载人航天工程办公室副主任。
导语：天宫二号还在宇宙史航中，景海鹏和陈冬记录下了他们的生活状况。景海鹏告诉了我们一个好消息，他将挑战太空上跑步运动，而且还连跑1小时。对此，在地球上跑步一小时都困难人表示膜拜啊。这一镜头值得永远珍藏。除此外，他们还做拉力器锻炼身体呢。这是为了增强抗过载能力。
中国人首次太空跑步：景海鹏连跑1小时! 正在天宫二号执行任务的航天员陈冬介绍了他和师兄景海鹏在太空中锻炼的情况。中国人之前没有在太空跑过步，这是第一次。他们前两天刚开始跑步时都跑不起来。直到第三天，景海鹏跑起来了，还一下子跑了一小时。当时他很兴奋，还专门申请和地面通话，把这个喜讯告诉大家。
在天上蹬自行车的感觉和地面不一样，有点像是躺着蹬的感觉，不太容易使劲，还挺累的。
除此，在太空中，景海鹏和陈冬两位航天员隔天就要做一次拉力器(一条柔软的橡胶带)力量锻炼，因为返回前要搬东西去返回舱，对体力的要求比较大。另外，经过长期飞行消耗体能，航天员的抗过载能力会降低，都需要做肌肉力量上的准备。
运动可以帮助航天员对抗失重带来的影响。比如血容量下降，通过锻炼提升血容量;肌肉萎缩，通过运动锻炼肌肉。
从传回来的画面看，景海鹏自创了一组锻炼方式，用于锻炼下肢，加强腿部肌肉。值得一提的是，两位航天员穿企鹅服行动了3小时10分钟左右(地面人员坚持让穿企鹅服做锻炼，是为了维护航天员的肌肉功能)。
景师兄增加了拉力带的负荷，还自创了一组锻炼方式，用于锻炼下肢，加强腿部肌肉。
导语：太空中飘浮的人造卫星碎片、漆片、粉尘被称之为太空垃圾。太空垃圾又称空间碎片或轨道碎片，是宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体。太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患，而且还污染了宇宙空间，给人类带来灾难。美国宇航局的科学家估计，在接近地球的空间环境，有超过7000吨的废弃物质，它们以每秒10公里的速度飞行，比发射出去的子弹还快，这意味着人造卫星或航天器即使被像沙粒大小的碎片撞击，都可能带来灾难性的后果。
太空垃圾：绕着地球飞行的空间碎片超过50万个，要如何处理这些可能会造成太空撞击事件的“空间垃圾”，需要科技，也需要高度的想象力。
危险的空间垃圾
报道称，这些所谓的“空间垃圾”包括运载火箭残体、废弃的航天器以及碰撞解体的航天器碎片等等，它们不仅对在轨道飞行的航天器带来威胁，也可能危及地面的生命财产安全。
美国智库兰德公司2010年就轨道碎片问题发表报告指出，虽然在空间活动的各方都认识到空间垃圾的危险性，但恐怕要等到真正的空间灾难事件发生之后，才会认真投资，寻找解决方案。
在这方面，美国宇航局赞助了一些比较小规模的科技发展项目，但还没有支持示范或实际操作的任务。一个宇航和国防分析师指出，没有一个专门负责这种问题的特定组织，这几乎是个烫手的山芋问题。
美国宇航局的创新先进概念项目，赞助了十三个有潜力的发明，其中针对“空间垃圾”的概念由南加州洛杉矶的航太公司，一个非营利组织所提出。
薄膜航天器
航太公司发展一个名为“薄膜航天器”的概念，这个像纸张一样薄的航天器有一米见方，非常轻盈，容易操作，而且节省燃料。简单的说，就像一张在空间飞行的高科技塑料膜，当几千个薄膜航天器被发射到地球轨道，它们可以网罗飞行中的空间垃圾，把它们拽入大气层里烧掉。
报道称，这个薄膜航天器的构想还在初步的理论阶段，研究员认为，这是清理空间垃圾的一个相当廉价的方式，在发射以前，先把有记录的空间垃圾的资讯上传到航天器，利用GPS导航，把薄膜航天器送入正确的轨道，一旦距离目标200米之内，航天器上的光学和无线电频率传感器将锁定目标，帮助航天器贴近并“抓住”目标的飞行碎片，航天器内建的推进器此刻启动，把碎片拖到较低的轨道，让它在进入大气层时焚毁。
起步面临挑战
报道称，这个构想的理论很动听，然而，要实际创造一个超薄航天器势必面临很多挑战。研究员已经选出现有的一些可以改用在薄膜航天器上的科技，包括薄膜太阳能电池和超薄相机等等。航太公司在完成第一阶段九个月的研究后，将申请宇航局的第二阶段的资助，进行薄膜航天器的零组件的构建和测试。
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