《太空与宇航员》校本教材内容分析

第一课什么是太空.太空小资料地球大气层以外的宇宙空间□大气层空间以外的整个空间。物理学家将大气分为5层□对流层口海平面至10千米口、平流层（10口40千米）、中间层（40口80千米）、热成层（电离层口80口370千米）和外大气层（电离层口370千米以上）。地球上空的大气约有3口4在对流层内口97口在平流层以下口平流层的外缘是航;空器依靠空气支持而飞行的最高限度。某些高空火箭可进入中间层。人造卫星的最低轨道在热成层内□其空气密度为地球表面的1口。在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。从严格的科学观点来说口空气空间和外层空间没有明确的界限口而是逐渐融合的。联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出口目前还不可能提出确切和持久的科学标准耒划分外层空间和空气空间的界限。近年来□趋向于以人造卫星离地面的最低高度（100口110）千米为外层空间的最低界限。.太空的定义太空”是由无极元和能量相互作用而构成的、物质的□存在时空概念并存在于宇宙内部的一个有限的□有着开始和结束的整体事件□是易学中的太极世界。太极世界里有能量、有物质、有时空和事件。太空同样也是佛教中描述的“万有如是基督教中描述的“一切二柯易《论宇宙和太空》第二课太空环境.太空站太空站又称为“空间站”、“轨道站”或“航天站”口是可供多名宇航员巡航、长期工作和居住的载人航天器。在太空站运行期间□宇航员的替换和物资设备的补充可以由载人飞船或航天飞机运送口物资设备也可由无人航天器运送。1971年前苏联发射了世界上第一个太空站“礼炮”1号□此后到1983年又发射了“礼炮”2—7号。1986年前苏联又发射了更大的太空站，，和平，号。美国1973年利用“阿波罗噎月计划的剩余物资发射了“天空实验室”太空站。.太空旅游太空旅游是基于人们遨游太空的理想□到太空去旅游□给人提供一种前所未有的体验□最新奇和最为刺激人的是可以观赏太空旖旎的风光口同时还可以享受失重的味道。而这两种体脸只有太空中才能享受到□可以说口此景只有天上有。太空游项目始于2001年4月30日。第一位太空游客为美国商人丹尼斯蒂托□第二位太空游客为南非富翁马克・沙特尔沃思口第三位太空游客为美国人格雷戈里奥尔森。.太空行走太空行走□Walkinginspace□又称为出舱活动□即航天员在载人航天器之外或在月球和行星等其他天体上完成各种任务的过程。它是载人航天的一项关键技术口是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标口需要诸多的特殊技术保障。.太空垃圾自宇宙大爆炸以后□随着宇宙的膨胀□温度不断降低□现在□太空已成为高寒的环境口平均温度为零下270.3。。在太空中口各种天体也向外辐射电磁波口许多天体还向外辐射高能粒子口形成宇宙射线。如太阳有太阳电磁辐射□太阳宇宙线辐射和太阳风口太阳宇宙线辐射是太阳在发生耀斑爆发时向外发射的高能粒子□而太阳风则是由日冕吹出的高能等离子体流。许多天体都有磁场□磁场俘获上述高能带电粒子□形成辐射很强的辐射带□如在地球的上空口就有内外两个辐射带。由此可见□太空还是一个强辐射环境。太空还是一个高真空□微重力环境。重力仅为百分之一到十万分之一g（g-重力加速度）口而人在地面上感受到的重力是1g。太空垃圾危害自上世纪50年代开始进军宇宙以来□人类已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计□太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个□大于1.2厘米的有数十万个□而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。不要小看这些太空垃圾□由于飞行速度极快口6-7公里/秒□□它们都蕴藏着巨大的杀伤力□一块10克重的太空垃圾撞上卫星□相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞——卫星会在瞬间被打穿或击毁口试想□如果撞上的是载人宇宙飞船......而且人类对太空垃圾的飞行轨道无法控制口只能粗略地预测。这些垃圾就像高速公路上那些无人驾驶□随意乱开的汽车一样□你不知道它什么时候刹车［］什么时候变线。它们是宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”口对于宇航员和飞行器来说都是巨大的威胁。目前地球周围的宇宙空间还算开阔□太空垃圾在太空中发生碰撞的概率很小□但一旦撞上口就是毁灭性的。更令航天专家头疼的是“雪崩效应”——每一次撞击并不能让碎片互相湮灭□而是产生更多碎片□而每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。如果有一天□等地球周围被这些太空垃圾挤满的时候□人类探索宇宙的道路该何去何从呢口太空垃圾是人类在进行航天活动时遗弃在太空的各种物体和碎片口它们如人造卫星一般按一定的轨道环绕地球飞行□形成一条危险的垃圾带。太空垃圾可分为三类□一是用现代雷达能够监视和跟踪的匕喉大的物体口主要有种种卫星、卫星保护罩及各种部件等□这类垃圾目前已达8000多个口二是体积小的物体口如发动机等在空间爆炸时产生的□其数量估计至少有几百万口三是核动力卫星及其产生的放射性碎片□到2000年□这类卫星送到地球轨道上的碎片达3吨。1957年10月4日□前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星□揭开了人类空间时代的序幕□同时也为太空送去了第一批垃圾。当时□宇航员完成飞行任务□把卫星的装载舱、备用舱、仪器设备及其他遗弃物都留在了卫星轨道上。此后□随着人类太空史上的一次次壮举□太空垃圾与日俱增。人类先后已将4000余颗卫星送入太空□目前仍在正常运转的仅有400余颗□其余的或坠毁于地球表面口或遗留在太空□成为太空垃圾。据统计口目前约有3000吨太空垃圾在绕地球飞奔□而其数量正以每年2口一5口的速度增加。科学家们预测□太空垃圾以此速度增加□将会导致灾难性的连锁碰撞事件发生□如此下去口到2300年□任何东西都无法进入太空轨道了。太空垃圾给航天事业的发展带来了隐患□它们成为人造卫星和轨道空间站的潜在杀手□使宇航员的安全受到严重威胁。要知道□太空垃圾是以宇宙速度运行的。一颗迎面而来的直径为0口5毫米的金属微粒□足以戳穿密封的飞行服□人们肉眼无法辨别的尘埃□如油漆细屑、涂料粉末口也能使宇航员殒命□一块仅有阿司匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成“残废中可将造价上亿美元的航天器送上绝路。在人类太空史上□太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。1983年□美国航天飞机“挑战者”号与一块直径002毫米的涂料剥离物相撞口导致舷窗被损口只好停止飞行。1986年□“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸口成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片□这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星”命赴黄泉叩1991年9月15日□美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞□当时“发现者一号与这个“不速之客'，仅仅相距2口74千米□幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号□它才免于丧生。据计算□目前太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为3口7□□发生非灾难性撞击事件的可能性为20口。以此计算□今后将每5—10年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件□到2020年将达到2年一次。第三课太空探索1957年10月4日□前苏联第一颗人造卫星上天□拉开了人类航天时代的序幕。前苏联宇航员、大名鼎鼎的加加林口于1961年4月12日□乘坐前苏联“东方号”飞船□环绕地球飞行了一圈口历时近两个小时□成为第一位进入太空的人。.登月月球是距离地球最近的天体（约38万公里川是人类进行太空探险的第一站。前苏联1959年发射的月球2号探测器在月球着陆□这是人类的航天器第一次到达地球以外的天体。同年10月□月球3号飞越月球□发回第一批月球背面的照片。1970年发射的月球16号着陆于丰富海口把100克月球土壤送回了地球。美国在20世纪60年代开始的雄心勃勃的、、阿波罗”计划的目的就是将人类送上月球进行实地考察。在此之前的1961年到1967年间口9个“徘徊者二7个”勘测者”探测器和5个月球轨道器先后对月球进行了考察。它们拍摄了月球的照片□并分析了月球的土壤口为登上月球做好了准备。随后美国便使用“土星”5号运载火箭先后向月球发射了17艘“阿波罗”飞船。其中，，阿波罗，13号是试验飞船口4-6号是无人飞船口7号飞船载人绕地球飞行口8-10号载人绕月飞行山1号至17号是载人登月飞行。1969年7月16日发射的“阿波罗”11号使人类首次登上了月球。执行该次任务的是阿姆斯特朗、阿尔德楸口柯林斯。飞船抵达月球轨道后□柯林斯驾船绕月飞行□另两名宇航局驾驶登月舱于7月20日降落在月球表面的静海。阿姆斯特朗成为第一个登上月球的人。宇航员在月球表面进行了实地的科学考察□并把一块金属纪念牌和美国国旗插上了月球。此后又有5次成功的登月飞行□宇航员在月球上停留的时间总共约300小时。此后对月球的考察几乎停滞口直到1994年□美国又发射了“克莱门汀”号无人驾驶飞船□对月球进行了新的地貌测绘□其目的是为在不久的将来建立月球基地和月基天文台作准备。1998年1月6日发射升空的“月球勘探者“携带有中子光谱仪探测氢原子。它发现在月球两极的盆地底部存在水。.金星和水星金星的半径、质量、密度等与地球接近□是地球的姊妹行星。人们对它的兴趣很大□然而□地面观测所得的资料比较贫乏□对金星的研究充满了未知数。航天器可以使人们了解它更多的信息，虽然最初的几次探测器发射都失败了□但1962年美国发射的水手2号从距金星35000千米处飞过口成功地实现了航天器首次飞越行星□同时它发现金星表面温度高达400多度。1969年至1981年□前苏联的金星5号至14号探测器先后在金星表面着陆成功□执行了多项科学考察任务。美国1978年5月20日发射的先驱者-金星1号经过长距离飞行□于同年12月4日到达金星并围绕它飞行口它用雷达探测了金星地形。先驱者-金星2号到达金星后向金星大气释放了4个探测器口探测器在向金星表面坠落的过程中□获得了金星大气、云层、磁场等各方面的数据。1989年美国发射的“麦哲伦号”探测器又运用综合孔径雷达对金星表面进行了探测。这些探测使我们了解到金星的磁场很弱口表面气压是地球海面气压的90倍。金星12号还探测到了闪电。美国发射的“水手10号”飞船在考察了金星之后□曾3次飞临水星。是它发现了水星的磁场和磁层□并探测出水星大气的主要成分是氨。飞船上的两个摄像机拍摄了多幅图象□揭示出水星地形是由大量的限石坑和盆地组成的。.火星任务火星很像地球□有坚硬的表面和四季的交替。同时它还拥有随四季变化的极冠。在望远镜观测时代□人们还曾有认为火星上有人工的运河。人类对火星的兴趣一直是非常浓厚的口因此到现在已经20多艘飞船执行了探测火星的任务了。1962年前苏联发射了“火星1号”、“宇宙21号”□美国发射了“水手3号叩但均遭到了失败。1964年1月28日发射的“水手4号”于1965年7月14日在距离火星的一万公里的高空成功掠过口获得了第一批火星的照片。1974年□前苏联发射的“火星5号”宇宙飞船首次拍摄了火星的彩色照片。随后两国又相继发射了多个绕火星飞行的轨道器□更加详细地了解了这颗行星的情况。1976年□美国的海盗1号和海盗2号登陆器分别在火星上降落□并在降落的过程中口测量了大气温度的分布情况、火星大气压的情况。火星上有干涸的河床□有流水冲击的特征□这表明在过去有过大量的水。海盗号飞船的分析结果表明火星大气和表层物质中没有有机分子存在。摄像机监视结果也表明火星上没有生命活动的迹象。因此我们也许可以下结论说口火星表面现在可能没有生命□如果更严格的说口是没有与地球上类似的生命。人们不仅对火星感兴趣□也对火星的两个卫星感兴趣。在1988年口7月7日和7月12日□前苏联发射了火卫飞船1号和2号绕火卫一飞行并着陆。到最近几年□随着科技的飞速发展□人们可望在下世纪初直接登上火星进行实地考察□彻底弄清火星生命问题。因为它是太阳系中最有可能存在生命的星球。在人类踏上火星之前□将进行一系列的准备。1993年美国“火星观察者”探测器在进入环绕火星的轨道之后□与地球失去联系□导致计划失败。1996年12月□美国又发射了“火星探路者”探测器口经过7个月的星际飞行□在火星的阿瑞斯平原着陆。火星探路者携带了一个六轮小车□可以在火星的表面漫游口因而叫做火星漫游者□价值2500万美元。它分析了火星岩石和土壤。照片证实了海盗号的结论□火星上曾发生过大洪水。1996年11月美国发射了“火星全球勘测者叩在绕火星的轨道上研究火星表面、大气和磁场的情况。它还向地球发射无线电波□经过火星大气后到达地球□由此了解火星大气的温度、引力和化学组成。1999年1月3日□“火星极地着陆者”发射成功。然而□在飞行了11个月并登陆到火星上以后口就与地面失去了联系□宣告了这次航天活动的失败。此后发射的火星气候观测器也遭失败。2001年□美国又发射了“火星奥德赛”探测器口现已成功抵达火星并成功进入环火星轨道。欧洲空间局计划于2003年发射“火星快车”探测器考察火星口这标志着欧洲空间局在行星探测方面跨入了新纪元。它将由轨道器和着陆器组成。轨道器上有一个着陆器通信包用于支持国际上在2003年至2007年间开展的火星探测活动。.带外行星探测美国的，、先驱者”10号于1973年12月4日首次在掠过木星口并传回了木星和木卫的照片。它最后在1983年越过海王星轨道后成为飞出太阳系的第一个人造天体。接着“矩区者11号”、“旅行者1号”、“旅行者2号也相继飞越木星和木卫。“先驱者”10号、11号各自携带了一块相同的镀金铝板口上面刻有人类男女的裸像口以及太阳与九大行星位置的示意图□还指明了它来自太阳系的第三颗行星。“旅行者”1号和2号探测器□则各自带有一套“地球之声”的光盘口唱片上有照片、60种语言的问候语、35种各类地球上的声音和音乐。包括了中国长麻口中国人家宴的照片口粤语、厦门话和客家话的问候口和中国古曲“流水二它们作为地球的名片希望有朝一日能被“外星人”收到。从旅行者号拍摄的木星黑夜半球的图象上可以看到木星上有极光。有趣的是□木卫一上有一座正在喷发的火山口喷发的高度达到30公里口喷发速度是每秒几百米到1公里。“旅行者”飞船还发现了土星有射电辐射口频率在3千赫到1.2》&赫之间。1986年1月□“旅行者2号“飞船又测出天王星的自转轴和磁轴有很大的交角。飞船还拍摄了天王星卫星的照片□随后它又拜访了海王星□并发回了照片。“伽利略”号的任务是观测木星系统□它观测了木星的大红斑□还向木星云层释放了一个探测器。这个探测器依靠降落伞进入木星大气口在它被巨大的木星大气压力摧毁前向地球传回了许多宝贵的资料。“伽利略,，号对木卫二和木卫四的观测的结果还显示这两个木星卫星的表面之下可能有液态水海洋。有液态水存在就意味着可能有生命生存□这无疑是一个令人振奋的消息。美国于1997年10月15日发射了“卡西尼”号飞船□它是第一艘使用核动力电池的飞船。“卡西尼”号的主要任务是探测土星系统口并将向土星最大、最神秘的卫星——土卫六释放出一个名为“惠更斯”的探测器。土卫六是一个被浓厚的大气包裹着的星球□其环境与早期的地球有些类似□使用一般观测手段无法看清它的表面。“卡西尼”号将于2004年七月抵达土星系。此外美国宇航局还计划进行更多的行星探测计划□以便更多地了解我们生存的太阳系。其中包括向木卫二发射一个探测器□用以探测木卫二隐藏在冰层下的巨大液态水海洋。如果技术成熟□有可能向木卫二表面释放一个水下探测器口找寻可能存在的地外生命。.彗星和小行星宇宙飞船不仅仅用于对太阳系内的大行星及卫星进行近距离观察。1985-1986年哈雷彗星回归过程当中口有5艘飞船对它进行了近距离观测□有许多令人惊奇的发现。例如□哈雷彗星的核并非人们想象的球状□而是椭球状□气体W尘埃从核的表面几个活动区域喷出。欧洲空间局的计划中□已经或即将开始对7个短周期彗星进行空间探测。它们是“深空1号叩DS1□计划、“星尘”计划、”等高线”计划、”罗塞塔”计划、“深空4号叩DS4□计划。其中DS1和DS4计划是与美国国家宇航局合作的。于1998年10月发射的“深空1号”飞船口将飞越小行星3352号McAuliffe.火星、以及威尔逊-哈林顿彗星。飞船与彗星将于2000年6月相遇。DS1将以约15公里/秒的速度距彗核约500公里处飞过□对彗发、彗核进行观测。它首次采用了离子发动机。飞船于2010年5月将样品送回地球。，，星尘，，在1999年2月发射□飞向怀尔德口2彗星□并将首次带回珍贵的彗星样品。“罗塞塔”将于2003年发射口对Wirtanen彗星及其环境进行长达近两年的仔细研究。9年之后□飞船与彗星相遇［］总重20公斤的仪器将降落在彗星表面。这些仪器将采掘彗星表面和近表面样品进行研究口并用声波法探测彗星内部结构□研究周围等离子体与太阳风相互作用等。“深空4号”飞船将于2003年4月发射□于2005年12月进入环绕Tempel1彗星的轨道□并于2006年4月将着陆器送上彗星表面作实验。最后□将彗星表面下不同深度的物质分装在3个不受外界影响的密封金属罐内□由着陆器的上半部将样品送回飞船。飞船于2010年5月将样品送回地球。.空间科学研究空间站是人类在太空进行各项科学研究活动的重要场所。1971年□前苏联发射了第一座空间站礼炮”1号□由“联盟”号飞船负责运送宇航员和物资。1986年8月□最后一座“礼炮”7号停止载人飞行。1973年5月14日口美国发射了空间站“天空实验室如由邛可波罗”号飞船运送宇航员和物资。1974年天空实验室封闭停用□并于1979年坠聂。1986年2月20日□前苏联发射了“和平”号空间站。它全长超过13米口重21吨□设计寿命10年□由工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成口有6个对接口口可与各类飞船、航天飞机对接口并与之组成一个庞大的轨道联合体。自“和平”号上天以来□宇航员们在它上面进行了大量的科学研究。还创造了太空长时间飞行的新纪录。"和平''号超期服役多年后于2001年3月19日坠入太平洋。1983年口欧洲空间局发射了“空间实验室如它是一座随航天飞机一同飞行的空间站。国际空间站是建造中的新一代空间站。它由美国和俄罗斯牵头口联合欧洲空间局11个成员国和日本、加拿大、巴西等16国共同建造运行。空间站从1994年开始分多个步骤建设安装口至2006年全部建成。建成后空间站将长110米□宽88米□质量超过400吨口将是有史以耒规模最庞大、设施最先进的人造天体。可供6至7名宇航员同时在轨工作。1981年全世界第一颗红外天文卫星发射升空。而对于天文学上有重要意义的事件是1990年4月25日由美国“发现”号航天飞机送入太空的哈勃空间望远镜(HST)。它的目的是探测宇宙深空口了解宇宙起源和各种天体的性质和演化。HST耗资21亿美元口对天文学特别是天体物理学的推动是巨大的。在空间放置望远镜可以摆脱大气的干扰口没有大气消光的问题□同时因为没有大气口设计的望远镜可以达到衍射极限。它的镜面不受重力的影响口不会变形口望远镜有极高的分辨率。它是人类的千里眼口探索宇宙奥秘的利器。此后美国和欧空局又相继发射了“钱德拉”空间X射线望远镜和XMM空间天文台等。美国的航天飞机是目前世界上唯一一种用于在地面和近地轨道之间运输人员物资口并可重复利用的航天器。它也可以在太空中进行各种科学实验活动。第四课太空中的物理知识.空间天气千百年来口人们就知道口狂风暴雨、电闪雷鸣、洪涝、水旱口地球上这些恶劣的天气变化给人们的衣、食、住、行和生产活动带来灾难。地球20-30公里以上的高空口甚至千万公里的空间口或称太空口口也存在恶劣的空间天气变化。例如□当太阳上高温、高超音速的物质喷发所形成的太阳风暴吹过地球口有时会使卫星失效、提前陨落、通信中断、导航、跟踪失误、电力系统损坏以及人的健康与生命带来严重危害□却是近2-30年来才逐步认识到的新事实。我们现在知道口从太阳到地球这个日地空间环境与人类生存和发展息息相关。它由太阳大气、行星际介质、地球的磁层、电离层和中高层大气所构成。这个空间环境自1957年人造卫星上天口人类的航天、通信、导航以及军事活动等从地表扩展到成百、上千公里的空间口成为人类活动的重要场所口它的高高度、高真空、微重力、强辐射、高电导率等独特的环境条件既为人类发展提供丰富的资源口又为航天、通信、资源探测、军事等活动提供地面不可能有的便利□它阻止和吸收来自太阳的X射线、紫外线、高能带电粒子以及超音速的太阳风暴对地球人类的直接轰击口是人类生存的重要保护层。然而“水可载舟也可覆舟”□常常出现的恶劣空间天气变化也给人类的高科技活动带来如前所述的严重危害。太阳活动控制着它的喜怒哀乐。空间天气学是空间天气口.状态或事件口.的监测、研究、建模、预报、效应、信息的传输与处理、对人类活动的影响以及空间天气的开发利用和服务等方面的集成口.是多种学科口.太阳物理、空间物理、地球物理、大气物理、宇宙线物理、空间等离子体物理、磁流体力学、数值计算、图像处理等口.与多种技术口.信息技术、计算机技术、各种探测技术和成像技术、空间和地面技术系统与环境相互作用等口.的高度综合与交叉。空间天气学的基本科学目标口.是把太阳大气、行星际和地球的磁层、电离层和中高层大气作为一个有机系统口.按空间灾害性天气事件过程的时序因果链关系配置空间、地面的监测体系口.了解空间灾害性天气过程的变化规律。当前开展的主要科学课题涉及口.太阳活动过程和物质输出结构研究口.太阳风暴的形成、演化以及和地球的相互作用口.地球空间系统的空间灾害性天气过程的因果链模式等方面。这些都是空间科学中面临巨大挑战的难题。空间天气学的应用目标口.就是减轻和避免空间灾害性天气对高科技技术系统所造成的昂贵损失□.为航天、通信、导航、资源、电力、生态、医学、科研、宇航安全和国防等部门提供区域性和全球性的背景与时变的环境模式口.为重要空间和地面活动提供空间天气预报、效应预测和决策依据口.为效应分折和防护措施提供依据口.为空间资源的开发、利用和人工控制空间天气探索可能途径口.以及有关空间政策的制定口.等等。.太阳风什么叫太阳风口简单地说□就是太阳粒子辐射流口是太阳辐射的组成部分。在离地球大约64000公里以外口也就是10倍于地球半径的地方□有一股超音速带电粒子流口又称“等粒子”流口它以每秒数百公里的速度飞向地球口不断冲击着地球外围环境□这就是太阳风。顾名思义口太阳风可以理解为太阳形成的”风”□只不过这个“风“不是“吹”的大气□而是带电粒子流□这个“风速”达到超音速。向着太阳一面的磁性层保护着地球口使其免受太阳风的正面袭击口同时还改变太阳风的方向口使之绕过地球。然而口在地球磁场的南极歧点上口太阳风可以侵入。当太阳风侵入南极歧点区时□它能使带电的太阳粒子辐射流近于垂直地向电离层以至中低层大气输送口使各层区产生能量、动量和质量耦合区域口形成许多重要物理现象。.磁层空间暴包括磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴。磁层亚暴是磁层中巨大能量存和突然释放的瞬变活动口大约每天发生3□4次口每次释放的能量大约相当于一次中等地震的能量口可引起极区地球空间环境的剧烈变化。连续发生的磁层亚暴与强磁暴有密切关系。-一磁暴是全球地磁场的剧烈活动口可引起电磁层和高层大气的剧烈扰动口这对航天活动、通信、导航的定位精度有重要影响。--磁层粒子暴是近地磁层中各类粒子爆发性事件口对航天活动有重要影响。.觥极光□是发生在极地上空奇特而美丽的自然现象。从科学意义上讲□极光是从太阳表面发射出耒的带电粒子流口从外层空间疾驰而来□猛烈地冲击着地球南极地区高空稀薄的大气层□将大气分子激发到高能级□发出了耀眼的可见光。打个比方□如果把地球空间看做一个电视显象管□地球磁性层尾部的中央比作电子枪口南极地区高层大气视作荧光屏□那么□极光就是这个荧光屏上的图像。极光出现的强弱取决于太阳强度以及太阳风离开太阳所携带的磁场的强度和方向。极光具有巨大的能量□可达到几千电子伏特。一般说来□极光易在67度的地磁纬度和110公里高度附近出现。研究极光活动的目的□主要在于通过它来研究等离子体层中某些物理现象及其对通讯^卫星轨道的影响。这是因为□当带电粒子落入极光区时□极光区的带电粒子可进一步产生出一个电子浓度大大增强的薄层口引起地面发射机发出的高频无线电波发生异常。此外□极光区的粒子还加热大气的最高层□引起那里的局地大风。极光还能使热层口110公里口300公里□大气明显变暖□电子浓度增大□影响飞行高度低的极轨卫星轨道。.Cluster卫星20世纪80年代初□国际空间界开始酝酿空前规模的国际空间探测计划口结果提出由国际空间局协调组(IACG□由美国宇航局□欧空局及原苏联和日本的空间局组成)组织和协调“国际日地物理(ISTP)计划”。该计划是人造卫星发射以来的一个空间规模的国际日地空间探测计划□其主要科学目标是□将日地空间作为一个整体系统口在日地空间各层次发射多颗卫星□对日地系统联锁变化的物理过程进行协调地探测和研究。欧空局的Clustei计划（现称为ClusterI计划）就是在这种背景下于1985年底提出来的5STP计划是在1992年-1996年期间正式实施的。经过十年努力口0心3rI的四颗卫星（每颗1.2吨）由欧空局新研制的阿丽亚娜5型火箭于1996年6月4日在欧空局的法属圭亚那发射场发射。这是阿丽亚娜5型火箭第一次发射□由于该火箭飞行程序软件的事故口致使发射失败口历经十年研制的阿丽亚娜5型火箭和它携带的四颗Clustei卫星口顿地发生灾难性的爆炸口在高空中化为一团烟云和碎片。这一事件引起了国际空间界的震憾□对国际日地空间物理的发展造成了严重的损失。1996年6月4SCluster工发射失败口使欧空局的科学家和工程师们非常悲伤口但他们并未因此而消沉口反而激起了奋发图强的精神。在欧空局科学项目主任R.M.Bonnet教授的组织和领导下口开始酝酿新的Cluster计划。经过八个月的努力口终于在1997年4月4日正式通过了新的Chistei计划口称为ClusterII计划。ClusterII和ClusterI一样口包括四颗相同的卫星口构成地球空间星座探测计划。ClusterII的轨道是口近地点是4RE（这里RE为球半径[]RE=637L2公里）远地点是19.6RE口倾角是90。。每颗卫星重1.2吨口各载有11项探测仪器。直至ClusterII发射成功之前□在空间的局部区域都是单颗卫星进行探测口只有计划是姊妹卫星的形式口进行两点探测口因而不能探测地球空间环境的三维小尺度结构。ClusterII的发展成功口开辟了地球空间探测的新纪元。Cluster的四颗卫星□可在空间中形成四面体口而且四颗卫星之间的距离可根据科学研究的要求进行调控。这四颗卫星的组合形式口好像四个秀丽的舞伴在太空中跳舞一样口不断改变姿势。正因如此□欧空局将这四颗卫星分别用四种舞来命名□即将它们分别称为“Salsa"、"Samba"、"Rumba"和“Tamg。".欧空局ClusterH计划的主要科学目标是探测和研究地球空间等离子体边界层结构和动力学过程□主要创新是探测过去不能实现的地球空间环境三维小尺度结构及电磁场和粒子的时空变化口解决过去不能解决的关键科学问题。现23周太阳活动峰年已经开始口。g6「口颗卫星的发射成功□对揭示太阳爆发事件引起地球空间灾害环境的奥秘□将起十分重要的作用。.人造卫星环绕地球在空间轨道上运行（至少一圈）的无人航天器□人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。完整的卫星工程系统通常由人造卫星、运载器、航天器发射场、航天控制和数据采集网以及用户台（站、网）组成。人造卫星和用户台（站、网）组成卫星应用系统□如卫星通信系统、卫星导航系统和卫星空间探测系统等。1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。在50年代末到60年代初期□各国发射的人造卫星主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中期,人造卫星开始进入应用阶段.各种应用卫星先后投入使用。从70年代起□各种新型专用卫星相继出现口性能不断提高。人造卫星由包含各种仪器设备的若干系统组成□这些系统可分为专用系统和保障系统两类。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统□大致可分为探测仪器、遥感仪器和转发器三类。科学卫星使用各种探测仪器（如红外天文望远镜、宇宙线探测器和磁强计等）探测空间环境和观测天体□通信卫星经过通信转发器和通信天线传递各种无线电信号□对地观测卫星使用各种遥感器（如可见光照相机、侧视雷达、多光谱相机等）获取地球的各种信息。保障系统主要有结构系统、热控制系统、电源系统、无线电测控系统、姿态控制系统和轨道控制系统。有些卫星还装有计算机系统□用以处理、协调和管理各分系统的工作。返回型卫星还有返回着陆系统□它由制动火箭、降落伞和信标机组成。人造卫星观测天体不受大气层的阻挡□它可以接收来自天体的全部电磁波辐射口实现全波段天文观测。人造卫星的飞行速度高□一天绕地球飞行几圈到十几圈口能够迅速获取地球的大量信息□这是地面勘察和航空摄影无法比拟的。人造卫星在几百公里以上高度飞行口不受领土、领空、地理和气候条件限制口视野广阔。一张地球资源卫星照片拍摄的面积达几万平方公里□在静止轨道上卫星可以"看到"百分之四十的地球表面□这对通信非常有利□可实现全球范围的信息传递和交换。人造卫星能飞越地球任何地区□特别是人迹罕至的原始森林、沙漠、深山、海洋和南北两极□并对地下矿藏、海洋资源和地层断裂带等进行观测。因此人造卫星可用于天文观测、空间物理探测、全球通信、电视广播、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量、搜索营救等方面。.太空中的火焰从理论上讲□燃烧的蜡烛在失重状态下会立刻熄灭。道理很简单口.没有重力的情况下就不会有对流口.燃烧产生的热空气上升口.含有氧气的冷空气马上填充进来。氧化剂一旦与火焰接触就消耗殆尽口,燃烧即中止。这种解释完全合乎逻辑口.可能正是这种逻辑妨碍人们在实践中去验证。乘坐宇宙飞船遨游太空的人口.谁也不会想到去擦火柴或点蜡烛。1987年2月□这种情况终于碰到了。“和平号”宇宙空间站发生了故障一—氧气发生器起火了。与理论上的看法相反□燃烧的火焰并没有自动熄灭口宇航员只好动手将火扑灭。这起事故触发了俄罗斯和美国宇航员在失重条件下进行燃烧实验的想法。于是他们点燃了蜡烛□结果蜡烛持续燃烧起来口不过燃烧速度比在地面缓慢得多□尤其不同的是火焰的外形不是一般另解向上伸展□而是一个很标准的圆球口火球外围呈淡蓝色。既然在失重状态下依然能够燃烧□科学家在设计国际宇航空间站时□就必须预先考虑到可靠的防火措施。.在太空中的宇航员为什么要穿宇航服口宇航服一般由密闭头盔和密闭服组成。密闭头盔由透明聚碳酸脂制成□为防止来自太阳的紫外线与红外线等强烈辐射□在头盔的透明层上涂有金属薄层。密闭头盔内可以供氧和加压。密闭服通常由几层具有耐高温的防火聚酰胺纤维织物等一些特殊材料制成□其中夹有数层铝箔口具有隔热、防护宇宙射线以及防止太空中流星雨的撞击等作用。为了适应宇航员在航天飞行中长时间穿用口宇航服者限有良好的气密性。另外□宇航服还配备有自动控制空气再生和调节的自给系统、无线电通信系统、宇航员的摄食与排泄等设施。.宇航员在地球表面看天空是明亮的□在太空看为什么是黑暗的口这是因为太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的。这七种颜色的光波长是不一样的。大气中的尘埃以及其他微粒散射蓝光的能力大于散射其他波长较长的光子的能力□因此天空显现出蓝色。大气对光线的散射主要有两种□丁达尔散射和瑞利散射。其中尘埃、水雾等能在空气中形成胶体的微粒对光的散射属于丁达尔散射□丁达尔散射的特点是散射光的强度与光波波长无关口因此白光散射后仍然是白光□在地平线附近看到的白蒙蒙一片就是丁达尔散射现象。还有一种是瑞利散射□是由极小微粒□分子、原子等□产生的散射口其散射光强度与光波波长的四次方成反比□已知可见光的波长范围是400nm□蓝紫光口到700nm□红光□□红光端波长是蓝紫光波长的1.75倍口因此蓝紫光散射强度接近红光散射强度的十倍□又因为人眼对紫光不太敏感口所我们看到的天空就是蓝色的。然而口太空上□没有大气口所以无法发生上面的现象□所以看到的就是黑色的。.宇航员在太空如何交谈口声音传播需要介质口而真空状态下没有介质□所以在太空舱外用无线电交流□而舱内中有介质——空气□所以和正常说话一样。.太空失重航天员在太空失重环境里的感觉与地面是完全不同的。进入失重状态后口最先感觉到的是身体漂了起来口由于没有地球引力的作用□航天员的双脚自然地就离开地板□身体悬浮在空中□没有了重量□这时正常的行走已经是不可能的了口因为要走口必然有一个向下的力□那么□人就会向上飞去口因此要向前行走□只能用手借助于舱壁口使身体移动□在太空环境里□只要有一个很小的力□人就会向相反的方向飞去。如果是在舱外行走口就需要制造一个探索的装置□来帮助航天员行走口到达想到的位置。在失重的情况下□身体不需要维持一定的姿势口人的四肢已经感觉不到重量□肌肉也不需要收缩和放松□人也感觉不到头部的运动□因此口头处于什么位置都无所谓□航天员会产生错觉□感觉人的身体和航天器上下调了个个□用手推拉舱壁的时候□感觉是舱壁在移动口自己仍在原地不动。第五课太空中十大怪事.反物质正如超人也有另一面——比扎罗(Bizzaio)一样口组成普通物质的粒子也有另一面。例如一个带负电荷的电子其对应的反物质是一个带正电荷的正电子。物质和反物质碰到一起的时候会湮没□他们的质量会遵循爰因斯坦的定律E=mc2转换为纯粹的能量。一些未来的太空船设计将使用反物质引擎。.真空能量量子物理告诉我们□虽然从表面看来口空旷的太空象一个什么也没有的泡泡□其实怡恰相反口真空中充满亚原子粒子□这些粒子经常被生成然后又泯灭掉。根据相对论□转瞬即逝粒子在每立方厘米的空间中都贡献着特定的能量口产生反引力把空间推开。但是□没有人知道是什么真正引起了宇宙的加速膨胀。.微型黑洞如果关于引力的激进的新理论——膜内宇宙正确的话□那我们的太阳系中就分布着上千个微型黑洞口每一个黑洞的大小和原子核相仿。和那些大型的黑洞不同口.这些微型黑洞是宇宙大爆炸时留下的口.因为与第五维的密切关系不同程度的影响着时空。.宇宙微波背景宇宙微波背景也叫CMB□这种放射物是大爆炸的产物口20世纪60年代最初发现的这种放射物□好像是太空每个地方发出的无线噪音。宇宙微波背景被认为是大壕炸存在的最佳证据。通过微波各向异性探测器的最新精确测量结果显示□宇宙微波背景辐射的温度是-270摄氏度。.暗物质科学家认为暗物质占据宇宙的大部分空间□但是它既看不到□也无法利用当前的技术直接发现它。暗物质成分的候选范围从轻质中微子到看不见的黑洞可谓五花八门。一些科学家怀疑暗物质是否真实存在□并提出这个很多科学家都想解开的谜团或许可以用引力得到更好的解释。.系外行星在20世纪90年代初以前□我们唯一知道的宇宙中的行星就是我们太阳系中所熟悉的行星。从那之后□天文学家已经识别出190多颗太阳系外行星。这些太阳系外行星可谓形形色色□五花八门口范围从庞大的气体世界(它的质量因为太小而不能形成恒星)□到体积较小、围绕红矮星运行的石质行星。然而□到目前为止□寻找第二颗地球的努力仍然一无所获。天文学家普遍认为□通过更先进的技术可能最终会发现几个与我们的地球一样的行星。.重力波根据爱因斯坦广义相对论□重力波是时空结构中发生扭曲引起的。重力波以光的速度运行□但是它们非常微弱□只有在宇宙中发生重大事件口如黑洞相撞时产生的重力波才有可能被科学家观察到。激光干预重力波观测台(LIGO)和激光干预仪太空天线(LISA)是两个用来发现重力波的探测器。.星系相食与地球上的生命一样□星系也能相互“吞食”口并随着时间不断进化。目前口银河系的邻居——仙女座正在蚕食它其中的一颗一卫星*.中微子中微子是不带电的□实际上是无质量的基本粒子□可以顺利通过数英里长的导线□有些会在你