“浩渺的宇宙中是否有类似地球的行星存在?”、“太阳系是独一无二的吗?”、“其他行星系统上是否有生命存在?”这些问题千百年来一直牵动着人们渴望探索的心,也成为科幻小说钟爱的题材。现在人类在宇宙探秘的道路上又迈进了一步,借助高科技的空间红外望远镜,德国天文学家第一次捕捉到太阳系外行星的图像,直接证明了太阳系外有行星围绕类太阳恒星运行的推测。
借助“斯皮策”空间红外望远镜,德国研究人员拍摄到了一颗围绕“GQ卢皮”恒星运转的行星的红外图像,使人类有史以来第一次真正“看”到太阳系外的行星。中国科学院国家天文台李竞研究员评价说:“这表明科技的进步使人类在探索外太空生命的旅程中又迈进了一步,空间红外望远镜为人类探索外太空、寻找天外生命又增添了一种行之有效的手段。”
由于恒星发出的光比围绕其运行的行星所反射的光要亮许多倍,因此,太阳系外的行星很难被直接观测到,更不要说为它们“拍照”。李竞研究员打了一个很有趣的比方,他说:“如果把木星比做1瓦的电灯泡,那么太阳则是一个功率25亿瓦的‘超强电灯泡’,在太阳光芒面前木星就‘黯然失色’。”天文学家从200多年前就已经确知不可能从地表研究太阳系外的行星,但他们相信,在宇宙中我们太阳系绝非“孤家寡人”,一定还存在与太阳系的环境类似的星系,但是苦于找不到科学证据来证明。
1992年,高分辨率分光技术的出现使这成为可能。李竞研究员解释说,如果一颗恒星周围有行星存在,恒星会因为行星的影响而摆动。恒星摆动的量级是米级的。之前的分光技术只能将天体运动速度测量到公里级,而高分辨率分光技术则能把天体运动速度测量到米/秒。借助这一技术,13年来科学家共发现了150多个类似太阳系这样的星系,证明了这种星系是宇宙中的普遍现象。然而,美中不足的是高分辨率分光技术只能通过光谱测量出行星的存在,科学家不能真正“看”到行星。
空间红外望远镜则可以在这方面“大显身手”。众所周知,行星本身不会发光,它们只反射照在它们身上的光。然而,行星不仅仅能反射可见光而且能反射红外光,另外行星由于具有一定温度还可以自己发出红外光。红外频段的电磁辐射携带的远距离天体相关信息比可见光还要多。这样,科学家就能通过捕捉它们发出的红外辐射来寻觅行星的踪迹。通过“斯皮策”空间红外望远镜天文学家发现除“GQ卢皮”恒星的红外辐射外,还有一个红外辐射源在围绕该恒星转动,他们根据辐射量计算出这是一个行星级星体,并为它拍摄下红外图像,使人们第一次能真正“看”到太阳系外行星的图像。“斯皮策”红外望远镜为人类研究距离地球数百光年之遥的行星温度、大气和运转情况提供了一种功能强大的新工具。(谢培)
载人航天器的“避火衣”
载人航天器返回地球大气层的时候,基本没有机动性,完全是一种自由落体运动,这样的速度是极快的。为了让它的速度慢下来,需要用到降落伞来减速,减速的目的是要避免它跟大气层的剧烈摩擦,因为这种摩擦产生的高温是任何物体都承受不了的,它高到1700多度,有时甚至达到3000多度。这样的高温将会使物体烧蚀掉,就像流星那样,最后烧蚀的不剩一点物质。但是,航天器是要完好地降落到地面上,绝对不允许这样的高温。因为航天器的里面有着珍贵的实验仪器和设备,更重要的是宇航员的生命需要受到保障。
为了抵御返回大气层时所产生的高温,顺利地返回地面,载人航天器需要有高超的隔热能力,这就要求科学家给它穿上一件“避火衣”。对于载人航天器来说,依据返回的方式不同,它所穿的“避火衣”也有着不同的形式。
一次性飞船的“避火衣”
飞船作为载人航天器,是一次性的,它使用一次后基本就不能使用了,比如中国的神舟飞船和俄罗斯的联盟飞船都是一次性的。
既然是一次性使用,对于“避火衣”的要求不是那么高,这种“避火衣”是一种瞬间耐高温材料,它只能在短时间内起到作用,也就是返回地球的短短十几分钟内。
这种“避火衣”的材料是一种特殊纤维材料,或者是多孔颗粒物资再加上有机物,它们具有良好的导热功能。在具体使用的时候,飞船的各个部分使用的厚度是不同的,它经过了精心的设计和计算。
当飞船重返大气层的时候,剧烈的高温将会使这层隔热材料发生奇妙的变化,它们首先会燃烧起来,变成气体,这样就吸收了大量的热量,变成气体之后它们还会蒸发掉,蒸发的过程又带走了一些热量。
另一方面,这些隔热材料在燃烧完毕之后,剩下的是碳化层,它们往往具有很多的孔洞,这些孔洞也有一个好处,它们加大了飞船的表面积,这种表面积的增大让飞船的底部有更多的面积与大气层接触,有利于传导热量,让它所受到的热量可以更好地向周边扩散。
“避火衣”完全燃烧之后就只剩这些孔洞,飞船的底部一团漆黑可以证明“避火衣”牺牲自己,换来了飞船的安全。尽管飞船的内部设施良好,但是为了安全起见,飞船完成这次使命之后就不再使用了。
航天飞机的“避火衣”
与飞船不一样,航天飞机需要重复使用,对隔热性能就提出了更高的要求,所以它的“避火衣”也就更高明。
飞船在返回地面的时候,尽量采用大头朝下的方式,航天飞机在返回地面的时候,也与此类似,它在进入大气层的时候,不是一下子头朝下扎下来,而是尽量多地与大气层接触,这样也有利于热量传导到飞机。
但这个措施还是远远不够的,它还要穿上“避火衣”。航天飞机的“避火衣”跟一次性使用飞船比起来要复杂得多,但是听起来似乎不可思议,航天飞机的“避火衣”竟然是陶瓷制作的。当然这不是我们生活中经常使用的陶瓷,这种陶瓷是古老的技术和现代技术相结合的产物,它是一种新型复合陶瓷,这种新型复合高温陶瓷主要由两部分组成,外层是高辐射陶瓷材料,而内部是导热系数非常低的耐高温陶瓷纤维,它们合在一起有三厘米的厚度,像一片片的瓦那样贴在机身上面,这就是航天飞机的“避火衣”。
防热瓦也有自我牺牲精神,它把热量全部吸收了,而不传给防热瓦下面的金属机身,虽然外面的温度可以接近两千度,但是飞机的内部基本上没有什么变化。但是防热瓦本身却被损害,变得面目全非。所以,对航天飞机来说,虽然它本身不是一次性的,但它的“避火衣”是一次性的。当它从太空回到地面以后,地面维护人员就要把贴在它身上的防热瓦一块块地揭掉,然后换上新的防热瓦,等候着下一次出征。