奇妙的“失重世界”

韩吉辰

我们知道，重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力的方向总是向下，即地心方向。人们规定质量为1千克的物体在纬度45°的海平面上，重量是1千克。需要指出的是：物体的“质量”是固定数值，不会随所处位置的不同而改变，而物体的“重量”数值则会有所变化。

同一物体在地球赤道上的重量比在两极要小一些；在同一个地方离地面越高，则重量越轻，每升高1千米，重量大约减轻万分之三。当物体升高到6 400千米（这个数值相当于地球半径）时，物体的重量只有原来的1/4，如果继续升高，地球对物体的引力越来越小，物体最后将失去重量，这一系列的变化就是“失重现象”。

除了高度影响重量外，“运动”速度也能改变重量。坐电梯时，当电梯开始快速下降时，你会有一种“提心吊胆”的感觉，启动速度越快，感觉越强烈。如果你站在电梯中的台秤上，就会发现：体重数值变小了！这也是一种“失重现象”啊。设想电梯钢索断裂而自由下落，这时你会发现：台秤上显示你的体重数值为0，这时就是“完全失重”了。现在兴起的蹦极运动就是自由落体，人们可以体会“完全失重”的滋味。圆周运动也会导致这种现象出现，游乐场的高速“过山车”以及各种航天器都是利用这个原理。飞行速度达到7.9千米/秒，就会在地球引力作用下围绕地球运动而不掉下来。这时地球的引力正好等于航天器圆周运动所需的向心力，这个速度叫作“第一宇宙速度”。

“天宫仙丹”和“太空合金”

人们利用太空中宝贵的“失重”条件，可以生产在地球上无法获得的许多新型产品。

在太空中，由于处于微重力环境，人们就可以提取在地面上无法提取的一些疫苗和干扰素，其疗效奇特。随着这个课题的深入研究，人们还会制造出更多神奇的“天宫仙丹”。

一些合金，例如“铝钨合金”，在地面上受到重力的影响，人们始终没有获得成功。其原因为它们是两种不同性质的金属材料，很难对其进行化合。铝是轻金属，熔点仅为660 ℃，沸点也只有2 467 ℃；钨是重金属，熔点高达3 380 ℃，是地球上最难熔化的金属之一。若要把铝和钨放在一起熔炼，钨还呈现固体形态时，铝就早已汽化了。即使把它们分别熔化后再放在一起，它们也不能融合在一起，而是呈现不同的层次。如果把这两种金属转移到“微重力”空间进行冶炼，固体钨可在铝溶液中均匀熔解。熔化的金属经过冷却后，便得到带有孔隙的海绵状的“铝钨合金”。还有从“航天飞机”上诞生的“铅铝合金”、高纯度半导体材料和理想圆度的滚珠轴承等，这些都是人们期望得到的珍贵金属材料。

可以说，“失重世界”也是人类一种极其宝贵的资源，需要人们不断深入地研究与利用，其会创造更大的财富。

空间站的“人造重力”

有的小读者认为“失重”多好啊！航天员在高空中轻飘飘，像神仙似的。其实这种看法是不对的。我们长期生活在地球上，身体已经适应了有引力的环境，如果长期处于“失重”状态，将会产生骨骼损耗及免疫系统失调等一系列问题，有损人体健康。

现在，“国际空间站”上已经有多名航天员在工作，美国国家航空航天局目前用于减轻零重力对人体影响的方法主要是内服药物和进行适应性锻炼。还有身穿“抗荷服”，这是一种可充气的紧身裤，在裤内有很多侧管，管内充气时可以压迫下肢的静脉，防止血液潴留，促进全身血液循环。但目前还不知道应用上述措施是否能顺利完成持续一年以上的火星探险任务。科学家必须加紧研究，在空间站制造出“人造重力”。

制造“人造重力”从理论上说并不复杂，就是需要“旋转”！只要让太空中的空间站绕自身轴旋转起来，这时航天员有被向外甩出的趋势，而空间站的内壁阻挡着他，航天员身体就对内壁有了压力，这就是制造“人造重力”的简单原理。

科学家计算，一个直径450米的圆柱形空间站，一分钟绕轴自转两周，在内壁产生的“人造重力”几乎与地球相似。如果这个空间站有1千米高，那么内壁面积可超过1平方千米，能够容纳近1万人居住。如果一个直径1 800米的球形空间站，每分钟绕轴心自转1周，你居住在内壁“赤道”地区的“人造重力”也会和地球差不多。倘若你和空间站到了地球北纬60°的地方，你会吃惊地发现：体重减轻了一半；假如到北纬80°，就仿佛到了月球，体重只有1/6啦！一跺脚就能登上高台。要是到了空间站的“北极”或“南极”，“人造重力”等于零，你又要尝到“失重”的滋味了。宇航时代的“重力”之谜十分复杂，对于人类飞向太空又极其重要，这个课题还等待我们继续深入研究呢！

知识链接

什么是失重？

物体在引力场中自由运动时有质量而不表现重量或重量较小的一种状态，又称零重力。失重有时泛指零重力和微重力环境。确切地讲，当加速度竖直向下时为失重状态。经常有人认为失重是不受重力，这是错误的。物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况称为失重现象。endprint