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「科幻中的科学」太空实验:无限风光在险峰-太空的科学探秘

-|分类:科学探秘|2017-03-23 22:02:02|-
太空的科学探秘

中国首个真正意义上的空间实验室“天宫二号”已经发射升空。在这个距地面400公里高的太空实验室里,科学家将开展十多项科学实验和观测。有资格登上“天宫二号”的实验,无疑都属于最前沿的科技领域。

针对脑机交互技术太空适用性的研究,曾被解读为“意念控制”,但实际上,这项研究只是“脑机接口技术”在太空中的一次尝试,距离应用还很远。中国航天科研人员认为,脑机接口现在还处于前瞻性的阶段,在未来空间站航天员长期驻留时,希望脑控技术、眼控技术、手势识别技术等新型人机交互技术都能够得到使用。

航天员在“天宫二号”上开展的脑机交互实验,无疑在科技上十分重要,也很有趣。在航天史上,有用且有趣的太空实验数不胜数,下面就来梳理一下历史上十个奇特的太空实验。

1

不怕真空与辐射的“水熊虫”

太空环境飞行中,失重并不是唯一发生变化的环境因素。动物在太空中还会承受大量宇宙辐射。科学家早已知道,苔藓和细菌等低等生物能够在高真空和强辐射的太空环境中幸存,但地球上竟然还存在着一种奇特的动物,能够幸存于恶劣的太空环境中,这就是用显微镜才能看到的无脊椎动物“水熊虫”,它们是缓步类动物家族成员之一。2007年,在一次欧洲火箭实验中,一些缓步类动物暴露于太阳强紫外线辐射和真空环境下,实验结果显示,少数缓步类动物能幸存于辐射状态下,而多数均能够适应真空环境。

2

马兰哥尼对流效应

在微重力状态下,表面张力是流体力学特征的主要因素。在国际空间站进行的实验表明,从一个金属环中延伸出的水流就好像被一个无形的汤匙搅动。这种搅动效应是使用一个手电筒不均匀加热水造成的,所形成的温差诱导液体水表面张力失衡,导致液体水发生旋转。这种表面张力实验叫作“马兰哥尼对流效应”,该现象很少出现在地球上,但存在于诸如熔钢冷却池等环境中。该研究可用于飞船液体燃料补加、太空冶金等领域。

3

失重状态下的火焰

在失重状态下更容易形成外形圆滑、温度更低的火焰。与地球环境状态不同的是,在失重状态下,低密度热空气并不会上升。在失重状态下,粒子从高温至低温区域占据主控地位。研究失重燃烧现象将揭示这种现象背后的基础物理原理,有助于开发航天器火灾扑灭技术,以及改进火箭发动机燃烧室的设计。

4

失重时植物怎么生长

在地球上,重力控制着植物的生长方向。科学家猜测,在微重力的太空,苔藓应该毫无阻力地四处生长,然而结果令人大跌眼镜。苔藓细胞按照顺序相继长出,形成了一种很有规律的螺旋形状。看来,重力掩盖了苔藓的自主生长模式,这种模式只有在重力消失的情况下才能显现出来。

5

太空“连连看”

1992年“亚特兰蒂斯号”和1996年“哥伦比亚号”航天飞机执行任务时,都进行了一个大胆的实验——部署一颗卫星,上面连着一条21公里长的太空绳,然后拉绳子拖着卫星在太空中移动。实验的目的是为了展示太空绳在划过地球磁场时是否能够产生电流。在1992年的那次实验中,太空绳伸出256米,而1996年那次,绳子却突然断裂。

6

太空玫瑰花

1998年,“发现者号”航天飞机将两朵玫瑰带到国际空间站。玫瑰气味的变化取决于在哪里生长,所以土壤、光照、温度和湿度非常重要。在失重状态下,玫瑰的香气更加甜美,更有神秘感。一家化妆品公司根据“太空玫瑰”的香气,开发出了新型香水。

7

回旋镖、飞毯、叠衣服和滴眼药水

2008年,日本航天员在太空中抛出了一支回旋镖,从而验证这支回旋镖是否能够沿原路径返回。实验表明,回旋镖之所以能够沿着环形路径返回,是由于该曲线结构的不均匀受力造成的,而不是受到重力影响所致。2009年初,另一位日本航天员完成了一系列零重力实验,向观看直播的公众表明:在太空中能够完成模拟“飞毯”飞行、叠衣服和滴眼药水等活动。

8

太空状态下晶体体积更大

在失重状态下,晶体的体积会更大一些。在地球环境中,低密度液体在上方漂浮,在实验器皿中形成对流,从而形成低密度和高密度液体的分层。这限制了晶体的体积大小,而且这种现象在失重状态下是不存在的。生成更大、更纯净的晶体有助于揭示材料更多的基础结构和性能。太空中制造的硅酸盐晶体上布满微小孔隙,可用于过滤和存储矿物质,还可以用于未来燃料电池的氢储存。

9

沙门氏菌毒性倍增

一种能够引起人和动物食物中毒的沙门氏菌两次搭乘航天飞机进入太空。令人惊讶的是,这种细菌在太空中比在地球上的毒性增强了3到7倍。在太空中放置12天后,沙门氏菌被注入老鼠体内,只有10%的老鼠活下来,而在地球上进行类似实验,有40%的老鼠幸存。 “太空沙门氏菌”的DNA中有167个基因和73个蛋白质产生了变化。科学家由此确认了这些病菌的基因在微重力下发生变异的途径。基于此,一家美国的生物公司开发出一种沙门氏菌疫苗。

10

迷你人造卫星

国际空间站上有一些迷你人造卫星,仅有足球大小,名为“同步方位保持适应再定向试验卫星(SPHERES)”。该装置可用于测试真正人造卫星的控制程序,使卫星在不用人为干预的情况下实现最佳飞行姿态。通过实验开发出的新型控制程序,可确保飞船与国际空间站实现自动对接,也可以更好地完成轨道仪器设备的装配工作。


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太空的科学探秘 相关解释
太空:太空是指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(海平面至9千米)、平流层(9~45千米)、中间层(45~80千米)、热成层(电离层,80~400千米)和外大气层(电离层,400千米以上)。地球上空的大气约有3/4在对流层内,97%在平流层以下,平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。
沙门氏菌:1885年沙门氏等在霍乱流行时分离到猪霍乱沙门氏菌,故定名为沙门氏菌属。沙门氏菌属有的专对人类致病,有的只对动物致病,也有对人和动物都致病。沙门氏菌病是指由各种类型沙门氏菌所引起的对人类、家畜以及野生禽兽不同感染形式的总称。感染沙门氏菌的人或带菌者的粪便污染食品,可使人发生食物中毒。据统计在世界各国的种类细菌性食物中毒中,沙门氏菌引起的食物中毒常列榜首。我国内陆地区也以沙门氏菌为首位。
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