高中地理環(huán)境：宇宙航天
宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運動和發(fā)展中。千百年來，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點上”之前到底存在著什么東西？“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。
大爆炸理論
（big-bangcosmology）現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因為整個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束（見元素合成理論）。宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸模型能統(tǒng)一地說明以下幾個觀測事實：
（1）大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
（2）觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應(yīng)來解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。
（3）在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機制不足以說明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。
（4）根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一伽莫夫曾預(yù)言，今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，果然在微波波段上探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約為3K。............
人類很早以前就想到太空暢游一番了。1903年人類在地球上開設(shè)了第一家月亮公園?；?0美分就能登上一個雪茄狀、帶翼的車，然后車身劇烈搖晃，最后登上一個月亮模型。
同一年，萊特兄弟在空中噠噠作響地飛行了59秒，同時一位名為康斯坦丁•焦烏科夫斯基、自學(xué)成才的俄羅斯人發(fā)表了題為《利用反作用儀器進行太空探索》的文章。他在文內(nèi)演算，一枚導(dǎo)彈要克服地球引力就必須以1．8萬英里的時速飛行。他還建議建造一枚液體驅(qū)動的多級火箭。
50年代，有一個公認的基本思想是，哪個國家第一個成功地建立永久性宇宙空間站，它遲早就能控制整個地球。馮•布勞恩向美國人描述了洲際導(dǎo)彈、潛艇導(dǎo)彈、太空鏡和可能的登月旅行。他曾設(shè)想建立一個經(jīng)常載人的、并能發(fā)射核導(dǎo)彈的宇宙空間站。他說：“如果考慮到空間站在地球上所有有人居住的地區(qū)上空飛行，那么人們就能認識到，這種核戰(zhàn)爭技術(shù)會使衛(wèi)星制造者在戰(zhàn)爭中處于絕對優(yōu)勢地位。
1961年，加加林成為進入太空的第一人。俄國人用他說明，在天上飛來飛去的并不是天使，也不是上帝。美國約翰•肯尼迪競選的口號是“新邊疆”。他解釋說：“我們又一次生活在一個充滿發(fā)現(xiàn)的時代。宇宙空間是我們無法估量的新邊疆。”對肯尼迪來說，蘇聯(lián)人首先進入宇宙空間是“多年來美國經(jīng)歷的最慘痛的失敗”。唯一的出路是以攻為守。1958年美國成立了國家航空航天局，并于同年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星“探險者”號。1962年約翰•格倫成為進入地球軌道的第一位美國人。
許多科學(xué)家本來就對危險的載人太空飛行表示懷疑，他們更愿意用飛行器來探測太陽系。
而美國人當(dāng)時實現(xiàn)了突破：三名宇航員乘“阿波羅號”飛船繞月球飛行。在這種背景下，計劃在1969年1月實現(xiàn)的兩艘載人飛船的首次對接具有特殊的意義。
20世紀的80年代，蘇聯(lián)的第三代空間站“和平”號軌道站使其航天活動達到高峰，都讓美國人感到眼熱。“和平”號被譽為“人造天宮”，1986年2月20日發(fā)射上天，是迄今人類在近地空間能夠長期運行的唯一載人空間軌道站。它與其相對接的“量子1號”、“量子2號”、“晶體”艙、“光譜”艙、“自然”艙等艙室形成一個重達140噸、工作容積400立方米的龐大空間軌道聯(lián)合體。在這一“太空小工廠”相繼考察的俄羅斯和外國宇航員有106名，進行的科考項目多達2.2萬個，重點項目600個。
在“和平”號進行的最吸引人的實驗是延長人在太空的逗留時間。延長人在空間的逗留時間是人類飛出自己的搖籃地球、邁向火星等天體最為關(guān)鍵的一步，要解決這一難題需克服失重、宇宙輻射及人在太空所產(chǎn)生的心理障礙等。俄宇航員在這方面取得重大進展，其中宇航員波利亞科夫在“和平”號上創(chuàng)造了單次連續(xù)飛行438天的紀錄，這不能不被視為20世紀航天史上的一項重要成果。在軌道站上進行了諸如培養(yǎng)鵪鶉、蠑螈和種植小麥等大量的生命科學(xué)實驗。
如果將和平號空間站看作人類的第三代空間站，國際空間站則屬于第四代空間站了。國際空間站工程耗資600多億美元，是人類迄今為止規(guī)模最大的載人航天工程。它從最初的構(gòu)想和最后開始實施既是當(dāng)年美蘇競爭的產(chǎn)物，又是當(dāng)前美俄合作的結(jié)果，從側(cè)面折射出歷史的一段進程。
國際空間站計劃的實施分3個階段進行。第一階段是從1994年開始的準(zhǔn)備階段，現(xiàn)已完成。這期間，美俄主要進行了一系列聯(lián)合載人航天活動。美國航天飛機與俄羅斯“和平”號軌道站8次對接與共同飛行，訓(xùn)練了美國宇航員在空間站上生活和工作的能力；第二階段從1998年11月開始：俄羅斯使用“質(zhì)子－K”火箭把空間站主艙——功能貨物艙送入了軌道。它還擔(dān)負著一些軍事實驗任務(wù)，因此該艙只允許美國宇航員使用。實驗艙的發(fā)射和對接的完成，將標(biāo)志著第二階段的結(jié)束，那時空間站已初具規(guī)模，可供3名宇航員長期居?。坏谌A段則是要把美國的居住艙、歐洲航天局和日本制造的實驗艙和加拿大的移動服務(wù)系統(tǒng)等送上太空。當(dāng)這些艙室與空間站對接后，則標(biāo)志著國際空間站裝配最終完成，這時站上的宇航員可增至7人。
美、俄等15國聯(lián)手建造國際空間站，預(yù)示著一個各國共同探索和和平開發(fā)宇宙空間的時代即將到來。不過，幾十年來載人航天活動的成果還遠未滿足他們對太空的渴求。“路漫漫其休遠兮，吾將上下而求索”，人類一直都心懷征服太空的欲望和和平利用太空資源的決心。1998年11月，人類第一個進入地球軌道的美國宇航員、77歲的老格倫帶著他未泯的雄心再次踏上了太空征程，這似乎在告訴人類：照此下去，征服太空不是夢。
宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運動和發(fā)展中。千百年來，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點上”之前到底存在著什么東西？“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。
大爆炸理論
（big-bangcosmology）現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因為整個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束（見元素合成理論）。宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸模型能統(tǒng)一地說明以下幾個觀測事實：
（1）大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
（2）觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應(yīng)來解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。
（3）在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機制不足以說明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。
（4）根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一伽莫夫曾預(yù)言，今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，果然在微波波段上探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約為3K。............
人類很早以前就想到太空暢游一番了。1903年人類在地球上開設(shè)了第一家月亮公園?；?0美分就能登上一個雪茄狀、帶翼的車，然后車身劇烈搖晃，最后登上一個月亮模型。
同一年，萊特兄弟在空中噠噠作響地飛行了59秒，同時一位名為康斯坦丁•焦烏科夫斯基、自學(xué)成才的俄羅斯人發(fā)表了題為《利用反作用儀器進行太空探索》的文章。他在文內(nèi)演算，一枚導(dǎo)彈要克服地球引力就必須以1．8萬英里的時速飛行。他還建議建造一枚液體驅(qū)動的多級火箭。
50年代，有一個公認的基本思想是，哪個國家第一個成功地建立永久性宇宙空間站，它遲早就能控制整個地球。馮•布勞恩向美國人描述了洲際導(dǎo)彈、潛艇導(dǎo)彈、太空鏡和可能的登月旅行。他曾設(shè)想建立一個經(jīng)常載人的、并能發(fā)射核導(dǎo)彈的宇宙空間站。他說：“如果考慮到空間站在地球上所有有人居住的地區(qū)上空飛行，那么人們就能認識到，這種核戰(zhàn)爭技術(shù)會使衛(wèi)星制造者在戰(zhàn)爭中處于絕對優(yōu)勢地位。
1961年，加加林成為進入太空的第一人。俄國人用他說明，在天上飛來飛去的并不是天使，也不是上帝。美國約翰•肯尼迪競選的口號是“新邊疆”。他解釋說：“我們又一次生活在一個充滿發(fā)現(xiàn)的時代。宇宙空間是我們無法估量的新邊疆。”對肯尼迪來說，蘇聯(lián)人首先進入宇宙空間是“多年來美國經(jīng)歷的最慘痛的失敗”。唯一的出路是以攻為守。1958年美國成立了國家航空航天局，并于同年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星“探險者”號。1962年約翰•格倫成為進入地球軌道的第一位美國人。
許多科學(xué)家本來就對危險的載人太空飛行表示懷疑，他們更愿意用飛行器來探測太陽系。
而美國人當(dāng)時實現(xiàn)了突破：三名宇航員乘“阿波羅號”飛船繞月球飛行。在這種背景下，計劃在1969年1月實現(xiàn)的兩艘載人飛船的首次對接具有特殊的意義。
20世紀的80年代，蘇聯(lián)的第三代空間站“和平”號軌道站使其航天活動達到高峰，都讓美國人感到眼熱。“和平”號被譽為“人造天宮”，1986年2月20日發(fā)射上天，是迄今人類在近地空間能夠長期運行的唯一載人空間軌道站。它與其相對接的“量子1號”、“量子2號”、“晶體”艙、“光譜”艙、“自然”艙等艙室形成一個重達140噸、工作容積400立方米的龐大空間軌道聯(lián)合體。在這一“太空小工廠”相繼考察的俄羅斯和外國宇航員有106名，進行的科考項目多達2.2萬個，重點項目600個。
在“和平”號進行的最吸引人的實驗是延長人在太空的逗留時間。延長人在空間的逗留時間是人類飛出自己的搖籃地球、邁向火星等天體最為關(guān)鍵的一步，要解決這一難題需克服失重、宇宙輻射及人在太空所產(chǎn)生的心理障礙等。俄宇航員在這方面取得重大進展，其中宇航員波利亞科夫在“和平”號上創(chuàng)造了單次連續(xù)飛行438天的紀錄，這不能不被視為20世紀航天史上的一項重要成果。在軌道站上進行了諸如培養(yǎng)鵪鶉、蠑螈和種植小麥等大量的生命科學(xué)實驗。
如果將和平號空間站看作人類的第三代空間站，國際空間站則屬于第四代空間站了。國際空間站工程耗資600多億美元，是人類迄今為止規(guī)模最大的載人航天工程。它從最初的構(gòu)想和最后開始實施既是當(dāng)年美蘇競爭的產(chǎn)物，又是當(dāng)前美俄合作的結(jié)果，從側(cè)面折射出歷史的一段進程。
國際空間站計劃的實施分3個階段進行。第一階段是從1994年開始的準(zhǔn)備階段，現(xiàn)已完成。這期間，美俄主要進行了一系列聯(lián)合載人航天活動。美國航天飛機與俄羅斯“和平”號軌道站8次對接與共同飛行，訓(xùn)練了美國宇航員在空間站上生活和工作的能力；第二階段從1998年11月開始：俄羅斯使用“質(zhì)子－K”火箭把空間站主艙——功能貨物艙送入了軌道。它還擔(dān)負著一些軍事實驗任務(wù)，因此該艙只允許美國宇航員使用。實驗艙的發(fā)射和對接的完成，將標(biāo)志著第二階段的結(jié)束，那時空間站已初具規(guī)模，可供3名宇航員長期居?。坏谌A段則是要把美國的居住艙、歐洲航天局和日本制造的實驗艙和加拿大的移動服務(wù)系統(tǒng)等送上太空。當(dāng)這些艙室與空間站對接后，則標(biāo)志著國際空間站裝配最終完成，這時站上的宇航員可增至7人。
美、俄等15國聯(lián)手建造國際空間站，預(yù)示著一個各國共同探索和和平開發(fā)宇宙空間的時代即將到來。不過，幾十年來載人航天活動的成果還遠未滿足他們對太空的渴求。“路漫漫其休遠兮，吾將上下而求索”，人類一直都心懷征服太空的欲望和和平利用太空資源的決心。1998年11月，人類第一個進入地球軌道的美國宇航員、77歲的老格倫帶著他未泯的雄心再次踏上了太空征程，這似乎在告訴人類：照此下去，征服太空不是夢。
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