下一站火星
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作者:未知作者 笔记数:44 条
地球和两个可怜兄弟
因为这些重金属几乎只能在剧烈的超新星爆炸或中子星级别的超级碰撞中形成
太阳质量占比超过了99%
一类行星是类木行星,也叫气态行星。它们像木星一样主要由大团气体构成,有木星、土星、天王星和海王星四颗。
另一类行星则是类地行星,也叫岩质行星,它们的表面和大部分结构都是岩石质地,与地球类似
分子量较重的气体
水星因此获得了西方神话传说里飞行使者和信使之神的美名——墨丘利(Mercury)。
水星的影响范围太小,探测器和星际物质极难被它的引力捕获,
“引力弹弓
有人开玩笑说,在金星表面任何一个地方,任何生命和烧烤之间只差一点孜然粉,甚至孜然粉也会被烧煳。
稠密的大气甚至可能减缓金星自转速度,在金星上出现神奇的“度日如年”现象。金星自转一圈的时间为243天,是所有行星中最慢的,甚至长于金星公转一圈的时间
当荧惑遇到战神
人类每天在固定时间从地球上观察,恒星的位置就几乎没有任何变化。普通人看到天上的星星在运动,是地球围绕地轴自转造成的,是观测者自己在动,而不是星星在动。
由于恒星总是在固定时间出现在固定位置,五颗会活动的行星则成为古人最为重要的观测目标。“五行”是中国古代道教哲学的一种系统观,先秦《尚书》中已经有了五行的说法
关于火星的基本事实
火星的情况大不相同,它的大气层保温作用可以忽略不计,温度高低基本取决于距离太阳的远近。
根据开普勒定律,距离恒星越远时,行星运动速度就越慢,耗时越长,火星的季节长度因此并不一致。
不过,如果你不怕热,站在太阳上持续观察地球自转的时间,一年平均下来就是每天24小时,这也是人类定义一天的标准,叫作“平太阳时”。
因此,对行星而言,体积过小有一个致命缺点——散热过快。火星表面积有地球的28%,体积仅有地球的15%,表面积与体积之比相差更大,可见它的散热效率很高。
没有生机,意味着火星大气处于单向流失的过程中,已经不再可能得到补充。
洛希极限。当卫星靠近行星或行星靠近恒星达到距离的极限时,受到的潮汐引力会使其无法维持原状,因而解体
这跟两个天体的密度差和引力大小等有关
电影《火星救援》描述风暴吹倒火箭,实际上不可能,只是剧情需要。这就好比水流速度跟风速没得比,而洪水破坏力一般比狂风造成的危害要大得多
疯狂的火星探测竞赛
卡门线
旅居者:第一辆火星车
事实上,钚-238只会释放阿尔法粒子,其穿透性极弱,容易被挡住,而热量可以安全传导。
火星气候探测者:粗心大意有多伤
在考试时,不写清楚单位就要扣分或不得分,这是很简单的道理。
多国探测器驻扎火星上空
奥德赛是《荷马史诗》中著名的英雄人物,在受到海神波塞冬的惩罚后历尽千辛万苦回到家园,具有不屈不挠、不畏艰险的探索精神。
第一步:摆脱引力,离开地球
现在的火箭,平均100吨自重,仅能运送3~5吨重的航天器进入环绕地球的近地轨道(一般在200~2000千米高)。如果渴望摆脱更大的地球引力的束缚,将物体送上35786千米高的地球同步轨道(围绕地球运动一圈恰好是24小时),就必须使用三级甚至更多级火箭。在这种情况下,火箭的运送能力比近地轨道会降低一半左右
如果将探测器送到38万千米外的月球,探测器重量与火箭重量的比例就降到1%~2%
阿波罗登月计划使用的土星5号火箭,重达3000吨,仅能运送45~48吨重的飞船到地月转移轨道
洛希球
从地球出发的探测器一旦脱离地球的希尔球,就会被太阳巨大的引力影响,被太阳引力牢牢拖着减速(远离太阳)或加速(接近太阳)。
木星距离太阳很远,探测器只需18.5千米/秒的速度就可以逃出太阳系,却需要60.2千米/秒的速度才能逃离木星。
第二步:霍曼转移,亿里奔袭
霍曼转移,亿里奔袭
完全不考虑其他星球巨大引力的直线运动是人类无法做到的,只能存在于想象之中
霍曼转移轨道,它是以节约能量为原则的理想方案。
在地球和火星的环绕太阳的轨道之间选择一条椭圆路线,椭圆与地球运行的轨迹外切,与火星运行的轨迹内切,以太阳为椭圆的一个焦点
离开地球的点为近日点,速度最快,抵达火星的点为远日点(逃离地球能耗最低),速度最慢(被火星捕获的能耗最低)。
霍曼转移轨道也有时间长的缺点。
火星轨道和地球轨道最近仅相距5000多万千米,而标准霍曼转移轨道却长达6亿千米,需要探测器飞行260天左右,是地球和火星直线距离的十几倍。这只是理论计算值
冲点航线
。冲点是指火星与地球、太阳连成一线的时间点。由于地火轨道形状和二者速度不同,地球与火星距离的最小值往往并不在冲点,而是在冲点附近的1~2周。探测器在冲点附近出发,不过不是直奔火星,而是飞向金星和太阳。太阳和金星的引力会形成强大的“引力弹弓”效应,远超人类现有技术能够提供的能量。
霍曼转移轨道和经过优化的快速转移轨道依然是未来核心的深空探测方案,人类还需要在此基础上慢慢努力。
第三步:抵达火星,切入轨道
火星希尔球
载人系统
而要从火星返回地球却需要考虑地球和火星的下一个会合窗口。这一等可能就是一年半到两年的时间,所以常规探测火星的时间周期是三年左右。即便通过难度极高的借力金星航线,从火星返回地球总时长也在两年左右。
未来,火星人还是人类吗
推动生产力发展的,无外乎两个最重要的因素:内心的恐惧和贪婪。
—它只是一粒悬浮在阳光中的微尘。