神奇的太空环境

李鑫驰

千百年来，浩瀚无际的太空留给人们无尽的遐想，其中不乏奇幻美妙的，比如嫦娥奔月，也有骇人听闻的，比如天狗吃月亮。无论是哪一种遐想，其根本原因就是人们对太空的了解太少了。如果是在几百年前，不了解太空也无所谓，戏说一下也无妨，所以，就有了四大名著之一的《西游记》，它将神秘的太空想象成了一群无所不能的神仙们悠闲生活的地方。

太空在哪里

从1957年10月4日第一颗人造地球卫星被送入太空以后，太空探索就逐渐进入了我们的世界。直到现在，我们离开太空几乎寸步难行。我们开车出行必备的车载导航仪，用的就是导航卫星;我们天天看的天气预防，用的就是气象卫象;就连我们每四年才能看到一次的奥运会，也需要利用电视转播卫星才能保证我们能够准时看到现场直播。我们不知不觉已经与太空紧密地联系在了一起。所以，太空到底什么样呢？太空中到底又有什么呢？带着这些问题，我们进入今天的话题——神奇的太空环境。

首先，我们要搞清楚太空在哪儿。大家可能都会指指我们的头顶上方。对，太空确实就在我们头顶上，但是，它到底从我们头顶上的什么地方开始，又到什么地方结束呢？太空与我们通常所说的天空又有什么关系呢？

我们可以这样说，以大气层的上边界为限，可以把天空分为两个部分，大气层以里的部分就是我们日常说的“天空”，大气层以外的部分就称为“太空”。我们经常提到的卫星、飞船、航天飞机、空间站等等这些航天器就运行在太空这个区域里。

那么，太空的外边界在哪儿呢？我们人类目前也不知道太空有多大。在这个巨大的黑漆漆的太空中，除了太阳、月亮和数不清的星星以外，到底还有什么东西，这些问题已经困扰了我们人类上万年，经过一代代人的努力，尤其是人类有了卫星以后，现在我们总算可以不交白卷了。

其实，太空中除了有我们看得见的物体，比如太阳、月亮这些自然天体，以及人造卫星、载人飞船等人造天体以外，还有许多人们看不见的物质，比如电磁辐射、带电粒子等非常危险的东西。今天，我们先来说说太空环境的几大要素。

太空环境要素——失重

首先，我们说说“失重”。其实，失重可能是我们人类最先感受到的。为什么这么说呢？

乍看起来，航天员的太空生活与地面上差不多，最大的不同就是，他们总是飘在空中，其实，不光是航天员，空间站里的一切物品如果不固定起来的话，都会像航天员一样飘在空中，这种现象就是失重。

失重状态在地面上是很难实现的，因为无论我们走到哪里，都有东西支撑着我们。我们站在地上，地面会给我们一个向上的支撑力与我们自身向下的重力相平衡;如果我们坐在椅子上，椅子也会给我们一个向上的支撑力与我们自身向下的重力相平衡。所以说，如果一个人走着走着，突然踩空坠落，那么他就失重了。如果我们想体验一下失重的话，可以去跳伞或玩蹦极。

失重环境对于航天员的身体健康是非常不利的，飞船刚刚入轨进入失重状态时，大多数航天员都会产生一种“本末倒置”的错觉。

除了这些航天员能够感觉到的不舒服以外，失重还会引起航天员心血管功能的下降，而这些更是隐形杀手。在空间站中一待就是几个月的航天员，刚返回地球时甚至要用担架抬着才行。为了尽量减少失重对航天员的不利影响，在太空飞行过程中会对航天员采取很多防护措施，比如：安排合理的作息制度，改善饮食，增加营养，配备一些药物以及特殊的航天服，等等。

太空环境要素——大气

第二个太空环境要素是“大气”。说到这里，一定有人会奇怪：太空中不是没有空气吗？其实，太空中不是没有空气，而是空气稀薄而已，稀薄到了我们人类不能在太空中直接进行呼吸的地步。

距离地面越高，大气越稀薄。也就是说，随着海拔的增加，大气密度会减小，当海拔升到100千米时，大气密度只有海平面附近大气密度的万分之一;而当海拔升到300千米时，大气密度就只有海平面的百亿分之一了;如果继续上升，到了600千米海拔时，大气就会更加稀薄，甚至可以忽略不计了。

对于我们人类而言，大气可是我们的保护伞，那么，太空中的大气对于航天器甚至航天员来讲是否也是“正能量”呢？目前看来，可能要让大家失望了。因为太空中的大气除了可以使低轨道的空间垃圾加速陨落以外，好像就没有什么作用了。那么，太空中的大气到底对航天器有什么不好的影响呢？

拿大气阻力来说，按照我们通常的认识，阻力会使汽车减速，对于航天器也是一样，在低轨道运行的航天器受到大气阻力的作用，它的运行高度会不断降低。随着时间的推移，航天器运行时轨道高度会越来越低，大气密度却越来越大，阻力也会增大，最终航天器就会一头扎入大气层，冲向地球，就像一颗陨石一样，要么是在大气层中烧毁，要么是在撞击地面时粉身碎骨。

太空环境要素——真空

“真空”这个词，我想大家应该都听说过，比如，医生打针用的针管，堵住针孔，朝上一抽，我们就认为针管中就成真空了;还有我们经常把一些谁都不管的地带称为“真空地带”。在我们的印象里，“真空”就代表着什么都没有的意思。

下面，我们先来看看真空环境对航天器的影响。第一种影响就是排气。在航天器的制造过程中不小心会混入一些小气泡，就像我们给手机贴膜的时候，一不小心就会在手机膜下方留有小气泡一样。如果到了真空环境中就不行了，因为在真空中压强几乎为零，这样就会导致气泡内外的压力不平衡，在真空环境中这些小气泡就会破裂，就像吹气球把气球吹炸了一样。一般情况下，排气不是什么大问题。但是，如果排气现象出现在镜头等一些精密仪器上，就会造成成像的清晰度降低等问题，从而影响航天器的使用。所以，航天器制造时会在地面上人为营造一种近似真空的环境，再将航天器的各种关键部件放到这个模拟的真空环境中进行测试，以确保航天器在进入太空后尽量不出现排气现象。

那么，第二种负面影响又是什么呢？我们知道，热传递一般有三种方式，就是传导、对流和辐射。这三种方式在地面上都可以发生，但是，在真空环境中，由于缺少了空气这种介质，在真空环境中，由于缺少了空气这种介质，在真空环境中只剩下一种热传递方式，就是辐射。辐射会使得航天器的表面形成巨大的温差。

航天器上装有许多精密的仪器設备，如果不能把航天器的温度控制在一个合适的范围，这些设备就无法正常工作。所以，对航天器进行及时的降温和保温是非常重要的。那么，怎么进行温控呢？通常有两种方式，一种是主动的，一种是被动的。所谓主动的方式就是给航天器装一个冷热两用的空调，必要时给航天器加温或者降温就行了。

第二种方式，就是给航天器加装一个百叶窗，打开百叶窗可以通风，合上百叶窗又可以遮挡阳光。与人们日常用的百叶窗不同，航天器的百叶窗就巧妙在它的调节部件。这个部件由一种特殊的材料制成，这种材料的特殊之处就在于它对热量非常敏感，一旦在太阳光的照射下受热，它就会膨胀，从而打开百叶窗，让航天器进行散热;相反，一旦到了太阳光照不到的地方，它就会收缩，从而关闭百叶窗，对航天器进行保温。是不是很奇妙？

温树爽 荐自《我们爱科学》