神奇的第四环境

第一节 神奇的第四环境

星光闪烁,高远深邃,浩瀚的太空给人类的思维插上了飞翔的翅膀。航天技术拉近了遥远的太空与人类的距离,把地球变成了宇宙空间的一个小村庄。航天技术的诞生和迅猛发展,为人类认识、开发和利用太空,提供了重要的手段,从而引发了人类文明史上的又一次重大飞跃。

在1981年召开的第32届国际宇航联合会上,陆地、海洋、大气层和外层空间分别被称为人类的第一、第二、第三和第四环境,而第四环境是随着航天技术的诞生而出现的。

在航天技术诞生之前,人类只能在第一、第二和第三环境里活动。航天技术的诞生,把人类的活动范围扩展为陆、海、空、天四大疆域。

根据科学界的划分,陆地为地球表面未被海水浸没的部分,海洋为地球表面广大的连续海水水体,大气层指地表以外包围地球的气体。由于大气层的空气密度是逐渐变化的,没有明显的上限,因此,按照距地球高度划分,通常大致把距地球100公里以下的大气层称为稠密大气层,也称为大气环境;把距地球100公里以上广阔的空间区域称为太空,又称为外层空间、宇宙空间,简称为“空间”。

还有的划分是把大气层以外、太阳系以内的空间叫作天,太阳系以外的空间叫作宇。

在现实生活中,许多人常常把航空和航天混为一谈。其实,这两个词不仅仅是概念不同,而且本质也是不同的。

航空,是指人类在大气层内的飞行及有关的活动。例如,飞机、飞艇、热气球等航空器都是在大气层内飞行,所以被称为航空。

航天,狭义指人类在大气层外的宇宙空间(太空)的飞行及有关的活动;广义指人类进入、探索、开发和利用太空的活动。例如人造卫星、载人飞船、空间探测器等航天器的飞行叫航天。就广义范围而言,航天即包括环绕地球的运行、飞往月球或其他行星的航行、星际空间的航行,也包括飞出太阳系的航行。

人类在社会生产活动和生活的实践中逐渐认识到,太空与人类的关系极其密切,对人类生存的地球会产生很大的影响。

太空环境与地球环境是完全不一样的。太空环境非常复杂,主要有超高真空、极低的温度、强烈的太阳辐照、高能粒子构成的地球辐射带、来自宇宙深空的各种宇宙射线、地球磁场,以及纷飞的流星和人类自己制造的太空垃圾,等等。

太空环境具有以下特点:

1.高真空:海平面上的大气密度标准值为每立方米1.225千克,随着距地面高度的增加大气密度逐渐降低。例如,在载人航天器通常运行的300公里至400公里高度处的大气密度,只有地面大气密度的千亿分之一。太空中几乎没有空气,大气密度和大气压力接近于零,因此缺乏人和生物生存所必需的氧气。没有氧气,一切生物在太空环境里是无法生存的。

2.超低温大温差:太空环境温度接近零下200多摄氏度,但物体在太空中受太阳照射面的温度却可高达100多摄氏度。

3.强辐射:太空中存在着来自太阳和遥远天体发射的紫外线、χ射线、γ射线和各种带电或不带电的粒子辐射,这些辐射对人体、生物和电子设备都有破坏作用。

4.强磁场辐射:地球周围充满磁场,地球磁场捕获的带电粒子呈带状环绕在除两极地区外的地球周围,构成辐射带。

5.超洁净:由于没有大气,因此,太空环境是一个没有灰尘和细菌的“大房间”。

6.流星和太空垃圾:据有关资料统计,目前人类已向太空发射的6000多颗各类航天器中,仍然在轨道上工作的约有1000颗, 2000多颗丧失功能的已经变成太空垃圾在轨道上遨游,还有2000多颗已经解体不知道去向,共计3000多吨太空垃圾正在日夜不停地绕地球飞行。它们几年、几十年、甚至几百年地留在太空中,日夜不停地围绕着地球飞行,只能依靠它们在自然下落与大气的摩擦中自己解体,最后变成粉末自然消失。个别特别大的碎块,在与大气的摩擦中也无法燃烧干净,还可能落到地球上,危及人类的安全。

太空环境,给我们提供了一个神秘的世界,也为科学研究提供了一个广阔的舞台。随着航天活动的进行,人类对太空环境、物质及其变化规律的研究,成为一门新兴和迅速发展的前沿科学,推动了其他相关学科的巨轮滚滚向前。