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走进外太空 , 了解外太空 , 从五件怪事开始
图解:带有蓝色的线条和白色的边界的地球正在被橙色的气泡冲击——超音速冲击是发生在外太空的5件怪事之一 。 图源:NASA.
最初发布于2021年12月9日 , 作者是马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的玛拉· 约翰逊—格罗 。
外太空发生的五件怪事
太空的奇怪之处对于火箭科学家来说很是常见 , 但是对于我们而言是很让人惊讶的 。 空间被看不见并且不可感知的电磁力支配 , 它还充满了我们在地球上从未见过的奇异物质 。 这里有五个几乎只会发生在外太空的神秘事件 。
等离子体的状态
在地球上 , 物质通常有三种状态:固态、液态和气态 。 但是在太空中 , 99.9%的正常物质是一种完全不同的形式:等离子体 。 这种物质由松散的离子和电子组成 , 当物质被加热到极高的温度或者被强大的电流所覆盖时 , 就会处于一种超越气体的增压状态 。
尽管我们很少与等离子体接触 , 但我们一直都能看到它 。 夜空中的所有星星 , 包括太阳 , 几乎都是由等离子体构成的 。 它甚至偶尔以闪电和霓虹灯的形式出现在地球上 。
与气体相比 , 在等离子体中 , 单个粒子混乱地放大 , 可以像团队一样集体行动 。 它既能导电 , 又受到电磁场的影响 , 而电磁场的作用力与冰箱上的磁铁的力是一样的 。 这些磁场可以控制等离子体中带电粒子的运动并且产生波动 , 使粒子加速到极高的速度 。
太空中充满了这种无形的磁场 , 而它们塑造了等离子体的路径 。 在地球周围 , 同样的磁场使罗盘指向北方 , 同时也引导等离子体穿过我们星球周围的空间 。 在太阳上 , 磁场发射太阳耀斑和太阳风——直接喷发的等离子体 , 穿越太阳系 。 当太阳风到达时 , 它可以促进具有高能量的过程的发生 , 比如极光和空间天气——一些如果足够强大就可以破坏卫星和电信的现象 。
图解:太阳被红色的圆圈和从圆圈中爆发出来的白橙色射线挡住了 。 美国国家航空航天局ESA计划的soho任务捕捉到了这张日冕物质喷射 , 太阳表面的等离子体大量喷发 。 图源:ESA/NASA/ SOHO
极端温度
从西伯利亚到撒哈拉沙漠 , 地球经历了跨度极大的温度变化 。 记录中存在过高达134华氏度的时代 , 也存在着-129华氏度的时期(从57摄氏度到-89摄氏度) 。 但我们认为在地球上的极端值就是在太空中的温度平均值 。 在没有绝缘大气层的行星上 , 在昼夜之间 , 温度产生剧烈的波动 。 水银经常会在白天达到840华氏度(449摄氏度) , 而在寒冷的夜晚则会达到-275华氏度(-171摄氏度) 。 在太空之中 , 一些航天器在向阳面和阴暗面之间会经历60华氏度(33摄氏度)的温差 。 那就像在炎热的夏天 , 在树荫下结冰一样!美国国家航空航天局的帕克太阳探测器 , 在最接近太阳时 , 会经历超过2000度的温差 。
美国国家航空航天局送入太空的卫星和仪器都经过精心设计来抵御这些极端天气 , 其太阳动力学天文台大部分时间会暴露在阳光的直射下 , 但每年有几次 , 它的轨道会进入地球的阴影中 。 在这次宇宙中的相遇期间——日食 , 面向太阳的太阳能电池板的温度下降了317华氏度(158摄氏度) 。 然而 , 机载加热器只允许温度下降半度 , 以保证电子设备和仪器的安全 。
同样 , 工程师们制造的宇航服可以承受从-250华氏度到250华氏度(-157摄氏度到121摄氏度)的温度变化 。 宇航服是白色的 , 用来在阳光下可以反射光线 , 同时宇航服内部的加热器在黑暗中为宇航员保证温暖 。 这种设计还能提供稳定的压力和氧气 , 并能抵抗微小陨石和太阳紫外线辐射的破坏
图解:美国宇航局的帕克太阳探测器经过太阳附近时的动画 。 当帕克绕着太阳旋转时 , 对温度敏感的仪器会在4.5英寸厚的碳复合材料防护罩后 , 承受接近2500华氏度(1371摄氏度)的温度 。 在防护罩的阴影下 , 仪器的其余部分会保持接近室温 。 图源:NASA , 戈达德太空飞行中心/科学可视化工作室 。
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