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人類對其他星球的探索

來源:時尚達人圈    閱讀: 2.3W 次
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人類對其他星球的探索,我們都知道地球是我們賴以生存的家園,而我們對於地球的探索是很久在很久以前就已經開始了,而現在發明了很多的人造衛星來幫助我們探索宇宙,那麼人類對其他星球的探索已經達到什麼程度了呢。

人類對其他星球的探索1

月球

羣雄逐月鏖戰太空

月球是地球最近的鄰居,人類對其探索也開始得最早。1959年前蘇聯發射了“月球1號”探測器,成爲月球最早的探路者。冷戰期間,登月是美俄角力的另一競技場,儘管在探測器上落後一步,但阿姆斯特朗登月令美國扳回了一局。

從上世紀60年代到70年代,人類六次登上月球,三次通過無人登月探測器抵達月球,採集了大量月球岩石和土壤,通過對這些樣品的分析和研究,人類對這個鄰居的認識越來越豐富了。

此後人們對月球的探索沉寂了一段時期,90年代人們的目光又轉向了月球,這時有更多的國家加入了探月的隊伍。1990年,日本發射了一枚航天器,並將一個小探測器放入月球軌道。美國也發射了“克萊門汀”號無人駕駛飛船和“月球勘探者”探測器。

到了2003年,歐洲首個月球探測器“智能1號”成功升空,並於2004年底抵達月球上空的近月軌道。此後,它按計劃完成了撞擊月球的任務,撞擊產生的塵埃將有助於科學家解開月球起源之謎。

2007年,中日兩國均發射了本國的月球探測器,分別是“嫦娥一號”和“月亮女神”。印度隨後也加入探月行列,2008年首個月球探測器“月船1號”發射升空。德國也打算在2013年實施自己的第一個探月項目“月球探索軌道器”。

金星

美蘇探測器多次失敗

人類對其他行星的探索始於地球近鄰——金星。早在1960年,美國就向金星發射“先驅者5號”探測器,但這次任務因電池故障而失敗。前蘇聯也從1961年起連續向金星發射探測器,直到1966年發射的“金星3號”才成功着陸金星表面。由於金星環境比預想得更惡劣,“金星3號”的通訊系統失效未能發回探測結果。

首次向地球傳回金星表面溫度等數據的探測器是1970年發射的“金星7號”,它在同年實現在金星軟着陸。迄今爲止,人類已經向金星發了46枚探測器,其中成功飛掠11次,成功環繞1次,成功着陸7次。

人類對其他星球的探索

天王星、海王星

美探測器一枝獨秀

天王星的很多表面資料是經由望遠鏡觀測而得到,有關它的衛星、行星環數量則由唯一飛掠天王星的旅行者2號所得到。這艘由美國國家宇航局(NASA)1977年發射的無人星際航天器在1986年經過天王星,於19】89年飛越海王星,成爲唯一一枚造訪這兩個行星的航天器,該探測器發現海王星的6顆新衛星,以及海王星有5條光環。

木星

探測器給木星“體檢”

木星是太陽系體積最大的行星,美國“先驅者10號”和“先驅者11號”探測器是人類探索木星最早的使者。1972年發射的“先驅者10號”於次年與木星相會,飛掠木星並拍攝了第1張木星照片。人類一共向木星發射了10枚探測器,這些探測器多以飛掠和環繞爲主,其中最著名的是“伽利略”號。

從1995年到2003年,在圍繞木星系統運行期間,“伽利略”號木星探測器爲木星做了一次“身體檢查”,獲取大量珍貴資料。2010年8月,NASA又發射“朱諾”號探測器,將在2016年到達軌道,在穿越木星兩極的極軌道間運行,以獲得更多有價值的圖像。

水星

鮮有探測器光臨

與火星和木星相比,人類對水星稍顯冷落。迄今爲止,人類只向這顆太陽系最小的行星派出兩枚探測器——1974年的“水手10號”和2004年的“信使”號,均由NASA發射。

由於表現出色,“信使”號探測器原定於2012年結束的使命將延長到2013年。肩負着探索水星表面和內部情況的“信使”號已經成爲第一枚圍繞水星軌道運行的人造太空器。

火星

明星探測器的搖籃

就在人類剛有能力掙脫地球引力飛向太空時,首枚火星探測器也上路了。1960年,前蘇聯向火星發射第一枚探測器。四天後,第二枚火星探測器升空,然而它們卻連繞地球軌道都沒能到達。上世紀60年代,前蘇聯共發射7枚火星探測器,全以失敗告終。

上世紀60年代,美國也加緊探索火星,發射了“水手3號”和“水手4號”探測器,後者是首枚成功到達火星併發回數據的探測器。迄今爲止,全球共進行46次火星探測計劃,僅10次成功登陸,包括美國的“機遇號”和“勇氣號”,雖然如此,一個有趣的現象是,火星探測器中出了很多明星,最當紅的當屬“好奇號”。

2012年“好奇號”是人類對火星最“沉重”一吻,因爲“好奇號”重達900多公斤,有SVU汽車大小,這樣體型龐大的火星車登陸火星在人類史上還是頭一次。

“好奇號”將在火星上工作兩年,探尋火星上維持生命的可能性。“好奇號”要克服的難題之多,連美國國家宇航局(NASA)官員都感嘆,“這是NASA有史以來所有的機器人行星探測計劃中最艱難的一次。”

爲了讓“好奇號”安全降落火星,NASA工程師藉助西門子的產品生命週期管理軟件對火星探測器進行數字化設計、模擬和虛擬組裝,有助於確保探測器能經受火星任何環境的考驗。

■ 哪些技術助力探測器

模塊化讓發射更簡單

NASA的月球大氣與塵埃環境探測器(LADEE)今年9月升空,主要目標是在月球環境未被探月活動進一步擾動前探索月球大氣的整體密和變化狀況等,以及月球塵埃對探測器的影響程度。

LADEE探測器的設計進行巨大創新,採用模塊化設計,有效降低預算和飛行器的體積,併成功縮短了從設計到發射的時間。LADEE大小與小轎車差不多,所需動力相當於5個60瓦燈泡。或許此後,若要發射不同功能的探測器只需將不同功能模塊組合即可發射,將大大推動人類探索太空能力。

核聚變動力推進火箭

目前執行行星探索任務的飛行器大都使用大氣制動,即利用其他行星大氣的摩擦力節省推進劑,研究人員正試圖對此進行突破。NASA正在研發核聚變推進火箭(FDR)。

FDR爲一臺150噸級火箭,利用磁場擠壓由鋰或鋁製成的金屬內圈來包裹氘和氚製成的核聚變燃料小丸,從而點燃核聚變反應。聚變反應在幾微秒內發生並將推進物質以30公里/秒的速度噴射出去,並可以達到約每分鐘點火一次以產生均勻的推力,避免突然的加速度對宇航員造成傷害。

運用FDR的飛行器幾乎不需要依賴大氣制動。NASA預計2020年在飛行器上進行使用。

軟件模擬外星環境

藉助精進的電腦技術,科學家可以在設計環節即考慮到探測器面臨的各種問題,從而進行設計、分析與製造之間的無縫銜接,“好奇號”就是這樣製作出來的。價值25億美元的“好奇號”要是在着陸時撞上火星後果不堪設想,讓“好奇號”順利着陸的幕後英雄便是西門子公司的軟件設計平臺。

西門子公司公關部門人員對新京報記者介紹稱,NASA在設計“好奇號”火星車時,採用了該公司提供的NX軟件設計平臺,模擬好奇號可能在火星上碰到的各種問題,特別是着陸時的驚險7分鐘,要從2、1萬公里/小時的高速減至2公里/小時以下的着陸速度

西門子的軟件平臺成功模擬了探測器進入火星大氣層時可能會遇到的多種物理影響,進行8000次模擬着陸,確保着陸時不會碰撞損傷“好奇號”攜帶的精密儀器。

人類對其他星球的探索2

初識宇宙 --- 觀測宇宙

第谷·布拉赫(1546~1601年)第谷是最後一位也是最偉大的一位用肉眼觀測的天文學家,同時他也是一位占星師。他的觀測對人類推翻地心說起到了不可磨滅的作用。第谷編制的一部恆星表相當準確,至今仍然有使用價值。可以說,作爲丹麥天文學家的第谷,是近代天文學的奠基人。

伽利略·伽利雷(1564~1642)伽利略對近代科學做了太多的貢獻,這裏只討論他對天文學的貢獻。1609年他創造了天文望遠鏡用來觀測天體,發現了月球表面凹凸不平,又發現了木星的四顆衛星,土星光環、太陽黑子、太陽自轉、以及銀河的組成。

約翰尼斯·開普勒(1571~1630)開普勒發現了行星運動三大定律,即:軌道定律:所有行星分別是在大小不同的橢圓軌道上運行、面積定律:在同樣的時間裏行星向徑在軌道平面上所掃過的面積相等、週期定律:行星公轉週期的平方與它同太陽距離的立方成正比。

其實,最早的天文學家都是一些占星師,他們爲了謀生而夜觀星象。

認知宇宙 --- 結合現實觀測形成理論

艾薩克·牛頓(1643~1727)1672年製造了反射望遠鏡。他用質點間的萬有引力證明,密度呈球對稱的球體對外的引力都可以用同質量的質點放在中心的位置來代替。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現象,指出潮汐的大小不但同月球的位相有關,而且同太陽的方位有關。牛頓預言地球不是正球體。

牛頓提出的萬有引力定律解決了當時的一個世紀性難題,“爲什麼行星運動會遵循開普勒定律?”當時許多天文學家試圖從各個行星的運行軌跡中找到太陽系總體行星的運行規律,可是卻始終找不到。

直到牛頓提出萬有引力。萬有引力等於引力常量乘以兩物體質量的乘積除以它們距離的平方。天文學家根據這一定律終於初步掌握了天體的運動。這一切還都需要感謝另外一位天文學家。

埃德蒙多·哈雷(1656~1742)雖然他本身也是一位很著名的人物,我們唯一能用肉眼觀測的彗星 --- 哈雷彗星 就是以他的名字命名的。但是他對這個世界的最大的貢獻就是將牛頓定律應用到天文學中,牛頓定律能夠被這個世界所熟知都是因爲哈雷。

牛頓這個人性格孤僻,不善交際,而且極度敏感,一般人不喜歡與他交朋友,但是哈雷情商特別高,摸清了牛頓的脾氣,與牛頓成爲了好友,哈雷初次拜訪牛頓的時候牛頓已經完成了牛頓定律的研究,只是他自己沒有在意,也沒有對外公佈,當哈雷問起他關於天體運動關係時,他隨口即答,隨後由於哈雷的原因,牛頓將自己的理論整理了出來,並公佈於世。

在牛頓之後的200年裏人們不斷的對宇宙進行探索,得到了大量的宇宙觀測數據。但是又出現了許多牛頓物理解決不了的問題。

接近神的人 --- 愛因斯坦(廣義相對論)

廣義相對論將引力場解釋爲時空的彎曲,他的存在解決了許多無法解釋的天文現象 如:水星近日點進動、光線在引力場中的彎曲、光譜的引力紅移、引力透鏡等,這些都是因爲光線在經過大質量天體附近時由於引力場的存在導致空間彎曲。

不過廣義相對論在創立之後的半個世紀都被當做牛頓物理體系的一個修正工具。直到上個世紀60年代發現了強引力天體、宇宙微波背景輻射、黑洞等天文學現象廣義相對論才被真正的重視起來。

廣義相對論所得出的都是一些預言,都是後來被一點點證實,2016年2月11日,美國科研人員宣佈人類首次觀測到引力波,至此廣相對論才被完整證實。此次觀測到的是兩個黑洞於13億年前碰撞,兩個巨大質量結合所引起的時空扭曲。

廣義相對論的兩個基本原理:

1、等效原理:慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的。

理解:這個原理在我們高中的時候就有所接觸。假設將你在一個密閉的箱子裏並且處在一個未知空間中,此時如果箱子以一定的加速度持續向上運動你會感覺到自己的重量,但是你不知道這個重量的來源,你會有兩個猜測

1、此時箱子在一個星球上,你所感受到的是由萬有引力提供的重力。

2、此時箱子正在以一定的加速度向上運動,你所感受到的是慣性力。

2、廣義相對性原理:所有的物理學定律在任何參考系中都取相同的形式。

理解:我們平時所說的參考系無非就是平面直角座標系與三維座標系又叫做笛卡爾座標系。這些座標系的一個共同特點就是他的每一個維度都是直線,這是歐幾里得空間的特性。還有非歐幾里得空間,非歐空間是彎曲的,就像我們現在生活的地球,你覺得地面是平的,但是他有一定的曲率。

人類對其他星球的探索 第2張

愛因斯坦還提出了光速不變原理即:無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這也爲我們探測宇宙提供了有力幫助。

現代宇宙探測 --- 看不見的宇宙

宇宙大爆炸論:宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。

宇宙大爆炸論認爲,宇宙在達到一個臨界密度之後就會開始收縮,最終整個宇宙會是大爆炸的逆過程---大坍縮。愛因斯坦通過現有數據計算出來宇宙的臨界密度,但是現實世界中根據我們所能探測到的所有物質計算出來的臨界密度卻遠小於臨界密度。

按照大爆炸理論,當宇宙密度大於臨界密度的時候宇宙處於膨脹階段,當密度小於臨界密度的時候宇宙開始收縮。但是現在的情況卻是宇宙密度遠小於臨界密度,但是宇宙卻在加速膨脹。這就說明宇宙中有我們探測不到的東西。

暗物質、暗能量

暗物質最早在1932年被提出,他是理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質,它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬於構成可見天體的任何一種已知的物質。

雖然暗物質我們不能直接觀測,但是可以通過各種天文觀測知道它的存在。最好的方法就是引力透鏡,當光線通過大質量天體的時候會發生彎曲。現在已經確定了暗物質的存在。

至於暗能量,你可以將它理解爲反引力,宇宙膨脹的主要推動者。新的一項研究發現,一部分暗物質正在消失,而導致他們消失的原因則是暗能量。暗能量很有可能在消耗着暗物質,如果這一推論正確那這種現象將對宇宙的未來產生重大的影響。

現代科學認爲我們所能觀測到的質量只能佔整個宇宙的4%,剩餘26%爲暗物質,70%爲暗能量。

人類的極限--- 可觀測宇宙

先來說明一個長度單位 --- 光年 即 :光在一年的時間內走過的距離。假設我們探測到一個距離我們3萬光年的恆星,那麼我們所看到的.光是這個星球3萬年前發出的,這個光行走了3萬年的時間纔到達地球。

人類對其他星球的探索3

人類用儀器探索其他星球,倘若真的存在外星人,是不是一旦地球的位置被暴露就有可能惹禍上身?比如僅剩的資源被掠奪、生命被屠殺,乃至外星人開始統治地球?首先,宇宙中的星系數以億計,人類目前卻只發現到了幾千個系外行星,雖然我們暫時可以確定這些星球上沒有生命存在的跡象。

人類對其他星球的探索 第3張

但是,這並不表示這些行星所在星系的其他星球不存在地外生命,更不代表其他我們連行星位置都無法確定的星系不具備生命存在的條件。

簡單點說,就宇宙的組成的龐大程度,再加上生命誕生的可能性來說,地球大概率不會是唯一存在生命的星球。所以,科學家們探索系外星系並不只是爲了滿足好奇心,更希望找到其他同樣適合地球生命繁衍生息的星球。

人類對其他星球的探索 第4張

正如大家現在所瞭解的這樣,人類社會文明的發展算得上是突飛猛進,從生存最艱難的原始社會,到終於可以通過勞作吃飽的原始農牧業階段,再到現在的載人登月、乃至系外行星探索階段。我們可以暫不談過去幾百萬年的漫長進化過程,僅僅是已大家親身經歷的時間,比如以十年爲期,大家周圍所發生的變化便可用翻天覆地來形容。

但是,地球也跟我們這些普通生命一樣,它也有自己既定的生命長度和演化階段。現在的地球已經遠不如幾百年前對生命更友好,這其實就跟人類的生產活動有很大關聯。雖然地球的演化有自己的步伐,但它也會因爲外來因素而發生改變,比如我們排放的大量溫室氣體,越來越多的野生動物滅絕,又或是可能會遭受的小行星撞擊。

人類對其他星球的探索 第5張

目前,在地球上生活的我們,不僅感受到了衆多資源的匱乏,就連的氣候問題也變得日益嚴重。從北極凍土融化可能釋放大量古老病毒復活,到南極冰層被血紅色的雪覆蓋、乃至部分區域無冰。

世界上的許多地方,都在一年一年的打破最高溫度紀錄,不要覺得現代社會有了空調就能解決這樣的氣候問題,因爲,還有很多大家必要的東西需要經受地球氣候的考驗。

人類對其他星球的探索 第6張

而且,從行星和恆星的演化關係來說,我們都知道太陽所帶來的能量對地球生命而言至關重要,但是當太陽演化到紅巨星階段的時候,我們的地球便很有可能會被它吞噬。

即便行星和恆星之間的位置也會因爲時間的推移而發生變化,地球有可能會因爲距離比現在更遠而不被直接吞沒,但至少可以肯定地是:那時候的地球已經不再位於太陽的可居住範圍之內,任何生命都沒有再在這顆星球上生存下去的可能。

簡而言之,人類想要更長時間的在這個世界上生存下去,那麼,就需要在地球上的資源被消耗完之前,在地球的氣候變得徹底不適合人類生活之前,儘早地尋找到下一顆適合地球生命居住的星球

這也是人類尋找宇宙中其他可能有生命存在的星球的根本原因。所以,儘管有可能存在地外生命、乃至地外文明,我們依然需要製造出更先進的探測設備,從而將宇宙中科觀測的範圍進一步擴大。

並且,即便有一天,生活在宇宙中的另一個世界的生命發現了我們的存在,也不見得就擁有來到我們這個世界的科學技術。而且,獲取另一個星球上存在的生命,跟我們人類是完全不一樣的存在體,大家所需要的東西或許都存在很大的不同。而且,人類雖然只在地球上進化了數百萬年的時間,但放眼地球過去的四十多億年曆程,我們依然是這顆星球上唯一發展出現代文明的生命。

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