少年時(shí)·2030:太空漫游
不僅是“新視野”（號(hào)），我們還要去火星！梳理人類太空開發(fā)的脈絡(luò)，展開未來征程的畫卷（全球少兒讀物專業(yè)創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)制作，引導(dǎo)孩子自主學(xué)習(xí)和思考，用科學(xué)開啟未來）
少年時(shí) 2030:太空漫游：不僅是“新視野”(號(hào))，我們還要去火星！
--------梳理人類太空開發(fā)的脈絡(luò)，展開未來征程的畫卷(全球少兒讀物專業(yè)創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)制作，引導(dǎo)孩子自主學(xué)習(xí)和思考，用科學(xué)開啟未來)
“方圓百里一片死寂。在一塊巖石的下面，有一片房屋，這些帶溫度控制的房里住著人類。一些人來自地球，一些人在這里出生。在火星上外出不是一件容易的事，要帶著氧氣面罩和加壓服，但是這里是家。”這是科幻小說里描述的情節(jié)，離現(xiàn)實(shí)可能還有幾百年的距離，但是，在我們看得見的將來，人類要去拜訪火星了。美國國家航空和航天局(NASA)宣布，計(jì)劃在2030年將人類送上火星，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，從火箭、航天器到考察小行星等先期任務(wù)已經(jīng)開始準(zhǔn)備。
人類從地面出發(fā)到?jīng)_破卡門線(外太空與地球大氣層的界線)需要8.5分鐘，到達(dá)月球需要4天，到達(dá)火星可能要好幾個(gè)月。但是，相比漫長的研究時(shí)間和巨額投入，這些任務(wù)顯得如此短暫。而我們要在這短暫的時(shí)間中做重要的事情。
在太空競賽中，榮譽(yù)是重要的事情；而現(xiàn)在，要先回答“為什么做”。為什么要去火星而不是金星？因?yàn)樵诮鹦堑母邷孛媲埃祟惉F(xiàn)有的探測器很難堅(jiān)持超過1小時(shí)。為什么不是月球？科學(xué)家還在爭論。
本書希望為你梳理出“如何在太空探索中做重要的事情”—太空探索真正涉及什么樣的環(huán)節(jié)、要考慮什么樣的事情、科學(xué)家如何一步步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因?yàn)檎陂喿x的你將要面對的是一個(gè)不一樣的太空時(shí)代。
拜訪冥王星的“新視野”
太空開發(fā)編年史
沖破地球的束縛
離心力實(shí)驗(yàn)
搭乘火箭的旅行
制作水火箭
人類太空探索蹤跡
環(huán)繞在地球軌道上
衛(wèi)星為何如此運(yùn)行？
走入航天飛機(jī)
太空駐地
太空旅行者
及時(shí)個(gè)太空落腳點(diǎn)
進(jìn)發(fā)吧！“卡西尼”號(hào)
“哈勃”: 宇宙之眼
“看到”紅外線了
火星之旅
我們?yōu)槭裁匆剿魈?
飛向2030
摘星計(jì)劃
重返月球
讓人類成為“跨行星物種”
太空中的生活
太空實(shí)驗(yàn)
創(chuàng)辦太空采礦公司
阿雷與影子小妖(下)
游戲角 開鎖大師
土豆叔說經(jīng)濟(jì) 博弈論之逆向選擇
Wimbledon
Words 玩轉(zhuǎn)大小詞
太空開發(fā)編年史
搭乘一艘宇宙飛船，只需要8.5分鐘，你就可以離開地球，進(jìn)入太空。但是這幾分鐘的旅程，人類花費(fèi)了10多萬年才弄明白。從最早的仰望星空、猜測地球是世界的中心，到1543年，哥白尼提出太陽是“太陽系”的中心，現(xiàn)代天文學(xué)才由此發(fā)軔。
1608年，望遠(yuǎn)鏡在荷蘭誕生，同年，借助望遠(yuǎn)鏡，意大利天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了木星的4顆衛(wèi)星；1609年，德國天文學(xué)家開普勒研究出了行星運(yùn)行規(guī)律；之后的幾百年中，人類發(fā)現(xiàn)了越來越多的恒星、行星和衛(wèi)星；到了20世紀(jì)，一些科學(xué)家開始討論，如何能夠拜訪這些天體。
1903年，俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基在著作中提出了比較成熟的關(guān)于火箭的想法。1926年，美國物理學(xué)家羅伯特 戈達(dá)德發(fā)射了人類歷史上及時(shí)枚液體燃料火箭。沒過幾年，德國也開始研制火箭。
1939年，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，火箭作為導(dǎo)彈，需求激增。1945年，納粹德國制造出了強(qiáng)大的“V-2”火箭—一種中程彈道導(dǎo)彈，雖然它沒能扭轉(zhuǎn)納粹德國的敗局，但是相關(guān)技術(shù)卻開啟了火箭的太空時(shí)代。
“二戰(zhàn)”結(jié)束后，曾經(jīng)結(jié)盟對抗納粹德國的美國和蘇聯(lián)成為世界僅有的超級大國，以兩者為首的兩大陣營開始了40多年的冷戰(zhàn)。期間，火箭和核彈等先進(jìn)武器的開發(fā)成為雙方比拼的重點(diǎn)。十幾年的時(shí)間里，冷戰(zhàn)雙方的科學(xué)家都在開發(fā)能進(jìn)入環(huán)繞地球軌道的火箭。
1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了及時(shí)顆人造地球衛(wèi)星，成為首個(gè)進(jìn)入太空的國家，也標(biāo)志著“太空競賽”的開始。
1958年，美國國家航空和航天局(NASA)成立，它擁有“V－2”火箭的核心開發(fā)人員馮 布勞恩博士，專門發(fā)展航空科學(xué)和太空技術(shù)。布勞恩堅(jiān)信人可以在太空旅行。“別告訴我，人不屬于那兒。人屬于任何想去的地方。當(dāng)他到了那兒的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多可做的事。”
沖破地球的束縛
為什么扔出去的紙飛機(jī)只飛了一會(huì)兒就掉下來？為什么不管跳高運(yùn)動(dòng)員跳得有多高還是要落回地面？為什么瀑布是傾瀉直下而不會(huì)飛到天上去？你也一定見過秋風(fēng)中蕭蕭的落葉和綿綿的雨滴，有沒有想過這些現(xiàn)象之間有沒有什么聯(lián)系？
其實(shí)，這些現(xiàn)象的發(fā)生都是因?yàn)榈厍蛏嫌兄豢床灰姷氖?mdash;萬有引力。想要離開地球，首先需要克服的便是它。
什么叫萬有引力？它指的是任何兩個(gè)物體之間都存在著相互的吸引力。你可能疑惑：為什么我感覺不到一張桌子或者一個(gè)蘋果拉著我呢？這是因?yàn)槲覀兌继p，質(zhì)量太小，我們與桌子或與蘋果之間的萬有引力太微弱，所以我們才會(huì)感覺不到。但是如果換成很大、很重的物體，比如地球，情況就會(huì)有很大的不同。地球的體積和質(zhì)量非常大，它和其他物體間產(chǎn)生的萬有引力會(huì)非常大。前面提到的那些有趣的現(xiàn)象都是因?yàn)檫@個(gè)萬有引力在起作用。它像一只看不見的大手牽引著地球周圍的每一個(gè)物體，把每個(gè)物體拉到地心里—如果不是有地面阻擋的話。
太空遨游
那么有沒有辦法可以飛出太陽系，到浩瀚的外太空去遨游呢？答案很簡單，地球要離開太陽，需要更大的速度，約為42.1千米/秒。因?yàn)榈厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)時(shí)已具有29.8千米/秒的速度，也就是說地球上所有物體已有29.8千米/秒的速度，那么若沿地球公轉(zhuǎn)方向發(fā)射航天器，只需在脫離地球引力以外再加上12.3千米/秒的速度，即29.8千米/秒加12.3千米/秒，就剛好可以達(dá)到42.1千米/秒的逃離太陽的速度。
因?yàn)楹教炱髟诘孛姘l(fā)射，需要做功才能脫離地球引力，也就是說脫離太陽引力的動(dòng)能還要加上脫離地球引力的動(dòng)能，用動(dòng)能求和的方式，把12.3千米/秒的動(dòng)能和11.2千米/秒的動(dòng)能相加，經(jīng)推算可求得一個(gè)16.7千米/秒的速度。我們把這個(gè)16.7千米/秒叫作“第三宇宙速度”，也就是擺脫太陽引力的約束飛到太陽系之外需要的在地球表面發(fā)射的最小速度，達(dá)到這個(gè)速度之后就可以離開太陽系，去往更加廣袤神秘的宇宙空間。
此外，還有“第四宇宙速度”和“第五宇宙速度”，分別表示飛出銀河系和本星系群所需要的最小速度，可見要真正飛到一個(gè)自由的地方是很困難的。根據(jù)估計(jì)，第五宇宙速度大概是2000千米/秒，是現(xiàn)在的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，更何況要真正發(fā)射一枚火箭，需要考慮的因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)比紙上分析的要多得多，比方說在大氣層內(nèi)的摩擦力，在大氣層外還要考慮月球和其他宇宙塵埃的引力，等等。
