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千百年來，浩瀚無際的太空留給人們無盡的遐想，其中不乏有奇幻美妙的，比如說嫦娥奔月。

也有黑暗恐怖的，比如說天狗吃月亮。

無論是哪一種遐想，其根本原因就是我們對太空的了解太少了。

如果是在幾百年前，不了解太空也無所謂，戲說一下也無妨，所以，就有了四大名著之一的《西遊記》，它將神秘的太空想像成了一群無所不能的神仙們悠閑自在生活的地方。

但是，自從1957年10月4日第一顆人造地球衛星被送入太空以後，太空就開始慢慢進入了我們的生活。

直到現在，我們離開太空幾乎寸步難行。我們開車出行必備的車載導航儀，用的就是導航衛星；我們天天看的天氣預報，用的就是氣象衛星；就連我們每四年才能看到一次的奧運會，也需要利用電視轉播衛星才能保證我們能夠準時看到現場直播。我們不知不覺已經與太空緊密地聯繫在了一起！

所以，太空到底是什麼樣呢？太空中到底又有什麼呢？帶著這些問題，我們進入今天的話題——神奇的太空環境！

太空在哪裡

首先，我們要搞清楚太空在哪？大家可能都會指指我們頭頂上的地方。對，太空確實就在我們頭頂上，但是，它到底從我們頭頂上的什麼地方開始，又到什麼地方結束呢？太空與我們通常所說的天空又有什麼關係呢？

按照維基百科中的定義，太空就是地球大氣層和其他天體以外的虛空區域，也就是我們常說的「天空」這個詞中「天」的範圍，而「天空」這個詞中「空」的範圍指的卻是地球大氣層以內的地方。

我們整理一下，可以這樣說，我們頭頂上的廣闊空間就是天空，它是最大的；然後，按照大氣層的上邊界為限，可以把天空分為兩個部分，大氣層以內的部分稱為空，而大氣層以外的部分就稱為太空，或者叫外空，人們更習慣稱它為空間。我們經常提到的衛星、飛船、太空梭、空間站等等這些航天器就運行在太空這個區域；而我們平常所說的飛機呢，只能在「空」這個區域飛行，而且是在「空」的底層部分。

關於太空從哪裡開始，到目前為止也沒有一個被普遍認可的精確定義，甚至有些定義還有一些其他的考慮。比如說，美國國家航空航天局（NASA）或是美國空軍就把太空的邊界劃的比較低，他們把距離地面92.6km以上的空間都稱為太空。為什麼會這樣呢？因為如此一來，美國X-15的飛行員和美國水星計劃中的亞軌道飛行員就可以被稱為宇航員了，就能夠獲得進入太空的殊榮。

如果是從應用的角度看，太空的最低邊界應該是衛星能夠運行的最低高度，也就是說，一顆衛星進入太空以後，在不給它任何推力的情況下，它至少能夠在這個高度上停留一到兩天的時間。結果計算，發現大約130km以上的高度才會發生這種情況。所以，如果下次有人問你「怎樣才能到達太空」時，你就告訴他「一直向上走130公里就到了」。 但是，按照國際航空聯合會的定義，大氣層的邊界在距離地面100~110km的地方。

上面說的都是關於太空的下邊界，那麼，太空的上邊界在哪兒呢？我們人類目前也不知道太空有多大。在這個巨大的黑漆漆的太空中，除了太陽、月亮和數不清的星星以外，到底太空中還有什麼東西，對我們有害嗎？這些問題已經困擾了我們人類上萬年，經過一代代人的努力，尤其是從上世紀60年代，人類有了衛星以後，現在我們總算可以不交白卷了！

其實，太空中除了有我們看得見的物體，比如太陽、月亮這些天然的天體，以及人造衛星、載人飛船等人造天體以外，還有許多我們看不見的物質，比如電磁輻射、帶電粒子等非常危險的東西。太空中到底有些什麼我們看不見卻又存在呢？我們將太空環境歸納為了6大要素，就是失重、大氣、真空、電磁輻射、帶電粒子以及空間碎片。

太空環境要素——失重

首先，我們先說說「失重」。其實，失重可能是我們最先看到的一種太空環境的特性。為什麼這麼說呢？

看起來，航天員們的太空生活與地面上差不多，最大的不同就是，他們總是飄在空中，其實，不光是航天員，空間站里的一切物品如果不固定起來的話，都會像航天員一樣飄在空中，這種現象就是失重。

失重所失去的不是重力而是與重力相平衡的反作用力，或者說是除了重力以外其他的力都失去了。失重狀態在地面上是很難獲得的，因為無論我們走到哪裡，都有東西支撐著我們。我們站在地上，地面會給我們一個向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡；如果我們坐在椅子上，椅子也會給我們一個向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡。所以說，如果一個人走著走著，我們突然把他腳下的地面撤走，那麼他就失重了！如果我們一定想體驗一下失重的話，可以去跳傘或者「蹦極」。

可能就有很多人不理解了，跳傘的人和蹦極的人的表情可遠遠不像航天員一樣輕鬆愜意。這是為什麼呢？我們人類想平躺在空氣中幾乎是不可能的，除非是在魔術中，但是在水中，我們平躺在水面上卻並不難，這是因為什麼呢？這主要是因為空氣和水這兩種物質的不同屬性造成的。所以說，即便在太空中給航天員一把椅子，這把椅子也支撐不了航天員，因為他們會一起在太空中飄著，也就是說，凡是進入太空的東西都會失重。

對於失重而言，大家更多的感受是好玩，其實，除了好玩以外，太空中的這種失重環境對於改善我們未來的生活是非常重要的。

比如說玻璃纖維，我們都知道玻璃纖維是現代光纖通信的主要部件，在太空的失重條件下，人們可以製造出幾百米長的玻璃纖維。這就是因為在失重環境下，玻璃絲的兩端和中間受力是一樣的，就像玻璃絲漂浮在太空中一樣，自然就不會在製造凝固當中斷裂了。

利用失重環境，還可以製造出絕對球形的金屬球，這在很多地方都非常有用。比如說：為了製造出盡量圓的鋼珠，早在16世紀中期，義大利的武器製造者們就發明了一種製造步槍鉛彈的秘密方法。他們設計了一套在當時極為先進的系統，在製造子彈時，將熔化的鉛灌進一個高一百多米的「子彈塔」中，讓融化的鉛垂直下落，從而人為的製造出一個近5秒鐘的失重環境；在這個失重環境中，融化的鉛會形成一個近乎完美的球形；最後，球落進盛滿涼水的池子中並迅速變硬，這樣就生產出了比較理想的球形子彈了。但是，如果是在太空這個天然的失重環境中，那就簡單多了！

有利就有弊。失重也會帶來很多不便之處。比如說，在失重狀態下，你感覺航天員在空間站里飄來飄去挺有趣的，但是，失重環境對於航天員的身體健康也是非常不利的。我國首位進入太空的航天員楊利偉就曾提到，飛船剛剛入軌進入失重狀態時，大多數航天員都會產生一種「本末倒置」的錯覺。

除了這些航天員能夠感覺到的不舒服以外，失重還會引起航天員心血管功能的下降，而這些更是隱形殺手。在空間站中一待就是幾個月的航天員，剛返回地球時甚至要用擔架抬著才行。所以，在我們收看楊利偉返回地球的現場直播時，為了防止他著陸後暈倒，一出返回艙就讓他坐在了椅子上，兩邊還有醫務人員保護著，把他抬到了醫護車上。

此外呢，失重還會導致航天員的骨質損失，也就是我們常說的骨質疏鬆。研究表明，處在太空中的航天員每個月會丟失1％～2％的骨骼重量，看來，航天員比我們更需要補鈣！

其實，失重給航天員們造成的威脅遠不止這些，比如：肌肉鬆弛、免疫力下降、衰老程度加快，以及多種空間運動病等等都是失重給航天員帶來的不利影響。尤其是空間運動病，它的發病率比較高。

為了盡量減少失重對航天員的不利影響，在太空飛行過程中還是採取了很多防護措施的，比如說：安排合理的作息制度，改善飲食，增加營養，配備一些藥物和運動裝置、特殊航天服等等。

太空環境要素——大氣

我要介紹的第二個太空環境要素是「大氣」。我想一定有人會奇怪：太空中不是沒有空氣嗎？其實，太空中不是沒有大氣，只是大氣比較稀薄而已，而且稀薄到了我們人類不能在太空中直接進行呼吸的地步。

距離地面越高，大氣越稀薄。比如說，地表海平面的大氣密度為1，那麼，隨著距離海平面高度的增加大氣密度會減小，當高度升到100km時，大氣密度是海平面上大氣密度的萬分之一；而當高度升到300km時，大氣密度會就只有海平面的百億分之一了；如果繼續上升，到了600km高度時，大氣就會更加稀薄，甚至可以忽略不計了。

對於我們人類而言，大氣可是我們的護身符，那麼，太空中的大氣對於航天器甚至是航天員來講是否也是「正能量」呢？目前看來，可能要讓大家失望了。因為太空中的大氣除了可以加速低軌道的空間垃圾隕落大氣層以外，好像就沒有什麼好作用了。那麼，太空中的大氣到底對航天器有什麼不好的影響呢？

首當其衝的就是阻力。當你坐在一輛高速行駛的汽車中，將手伸出車外，就會明顯的感覺到你的手在被往後推，這個推你手的力就是大氣所產生的阻力，而你的手所感覺到的阻力的大小主要取決於四個因素，就是空氣密度、汽車的速度、手的形狀大小，以及手與空氣之間的相對運動方向。也就是說，即便手的面積不大，但是汽車的速度大或者是空氣密度大，都會產生比較大的阻力。這也就是為什麼太空中的大氣密度那麼小，卻也能夠對航天器產生較大阻力的原因，這就是航天器在太空中的運行速度太快了。

那麼，大氣阻力會對航天器的運動產生什麼樣的影響呢？按照我們通常的認識，阻力會使汽車減速，對於航天器也是一樣，在低軌道運行的航天器受到大氣阻力的作用，它的運行高度會不斷降低，就像螺旋線一樣，開始時每圈高度降低的都不大，但是隨著時間的增加，軌道高度會越來越低，大氣密度卻越來越大，阻力也會增大，那麼每圈軌道高度降低的幅度也會加大，最終航天器就會一頭扎入大氣層，沖向地球，就像一顆隕石一樣，要麼是在大氣層中燒毀，要麼是在撞擊地面時撞得粉身碎骨！

其實，太空中有不少航天器最終的命運都是在大氣阻力的作用下隕落地球了，比如美國的「天空實驗室」就是因為大氣阻力的長期作用，在1979年7月的時候墜落大氣層了。必須想辦法克服大氣阻力的影響，讓航天器能夠穩定的運行在它需要的軌道高度上。每隔一段時間就給航天器一個推力，抬升它的軌道高度。比如我國的「神舟六號」飛船就在它運行第3天進行了一次軌道抬升。

除了阻力，大氣對航天器還有一個非常重要並且是不好的影響，就是原子氧。在太空輻射和帶點粒子的作用下，氧氣分子會分解成兩個氧原子，通常情況下，氧原子會迅速重新形成一個新的氧氣分子，然而，由於太空中大氣非常稀薄，氧氣分子也就自然很少，相互之間的距離就會很遠，從而造成一旦氧氣分子分裂以後，將很難再組合成新的氧氣分子，從而只能以原子氧的形式長期存在下去。

原子氧是一種強氧化劑，就像暴露在空氣中的鐵會生鏽一樣，暴露在太空中金屬也會「生鏽」。原子氧已經成為導致航天器材料失效的主要原因，它不僅破壞了航天器表面的熱塗層，還使得航天器表面的強度下降，光學和電性能也會發生改變；同時，氧化過程中產生的大量氣態或者是固態氧化物也會污染航天器的光學鏡頭等關鍵部件。俄羅斯就曾經在和平號空間站上開展過纖維複合材料的長期暴露試驗，這種複合材料在太空中暴露了1024天後，表面上就形成了一層像玻璃一樣的物質，厚度在0.1到O.5微米之間。

所以，為了避免原子氧對航天器的危害，通常我們都會在航天器的表面包裹一些保護材料，就像給它們穿上一件防護服一樣；但是航天器上還有一些無法包裹的地方，比如說相機鏡頭、通信天線等等，那麼怎麼辦呢？其實方法也很簡單，像我們常用的相機鏡頭一樣，開機以後鏡頭才會伸出來，不用時把它收回去就可以了，這樣就減少了被暴露在原子氧中的時間，從而減少了被氧化的時間。

太空環境要素——真空

「真空」這個詞，我想大家應該都聽說過，比如說，醫生打針用的針管，朝上一抽，我們就認為針管中就成「真空」了；還有我們經常把一些誰都不管的地帶稱為「真空地帶」。其實，在我們的印象里，「真空」就是代表著什麼都沒有的意思。

前面提到：到600km的高度時，大氣就已經非常稀薄，甚至可以忽略不計了。其實，在太空中，隨著高度的增加，不僅大氣密度會不斷減小，大氣壓強也會相應減小，當高度增加到500km時，大氣壓強就已經減少到不足地面大氣壓強的萬億分之一了，也就是說，這時的太空中已經幾乎沒有空氣，幾乎沒有壓強了，我們通常稱這種狀態就是「真空」，當然，這其實只是接近「真空」，這也正是太空環境的第三個特點。

下面，我們先來看看真空環境對航天器的影響。第一種影響就是排氣。在航天器的製造過程中不小心會混入一些小氣泡，就像我們給手機貼膜的時候，一不小心就會在手機膜下留有小氣泡一樣。如果到了真空環境中就不行了，因為在真空中壓強幾乎為零，這樣就會導致氣泡內外的壓力不平衡，在真空環境中這些小氣泡就會破裂，就像吹氣球把氣球吹炸了一樣。一般情況下，排氣不是什麼大問題。但是，如果排氣現象出現在鏡頭等一些精密儀器上，就會造成成像的清晰度降低等問題，從而影響航天器的應用。所以，航天器加熱時會在地面上人為地營造一種近似真空的環境，再將航天器的各種關鍵部件放到這個模擬的真空環境中進行測試，以確保航天器在進入太空以後盡量不要發生排氣現象。

太空的這種真空環境可能對航天器造成的第二個問題就是冷焊。冷焊是怎麼回事呢？其實，這與剛才介紹的排氣有關係。在太空中，固體表面由於排氣現象會失去本來吸附在表面的氣體，這樣一來，當兩個固體表面相互接觸時就會發生不同程度的粘合現象，如果兩個固體表面非常乾淨，那麼在一定的壓力作用下就有可能結實的「焊接」在一起，形成冷焊。顯然，這種冷焊現象可能會使航天器上的一些活動部件出現故障，比如太陽能帆板無法展開、衛星天線不能轉動，甚至是航天器上安裝的機械臂不能進行靈活的空間維修活動等等，後果還是比較嚴重的。所以，必須防止冷焊的發生。怎麼辦呢？很簡單，就是在航天器容易發生冷焊的地方抹一些潤滑劑就行了，比如說石墨就是一種很好的固體潤滑劑。

那麼，第三種負面影響又是什麼呢？其實，就是在我們地面上非常簡單，而在真空中卻難上加難的熱傳遞問題。我們都知道，在地面上，熱傳遞一般有三種方式，就是傳導、對流和輻射。這三種方式在地面上都可以發生，但是，在真空環境中，由於缺少了大氣這種介質，傳導和對流都無法進行了，也就是說，在真空環境中只剩下一種熱傳遞方式，就是輻射。熱傳遞的效果就大大降低了，就會使得航天器的表面溫度在白天和黑夜有著明顯的差異，比如說，在太陽曬著的時候，航天器表面的溫度可以高達零上120度，而在曬不到太陽的時候，就可能降到零下120度；甚至有時候，航天器向著太陽的一面和背著太陽的一面溫度都會相差200多度。這種劇烈的溫差給航天器的正常運行帶來了很大麻煩。

為什麼這麼說呢?航天器上裝有許多精密的儀器設備，如果不能把航天器的溫度控制在一個合適的範圍，航天器上的設備就無法正常工作。所以，對航天器進行及時的降溫和保溫是非常重要的。那麼，怎麼進行熱控呢？通常有兩種方式，一種是主動的，一種是被動的。所謂主動的方式就是給航天器裝一個冷熱兩用的空調，在航天器需要時給它加溫或者是降溫就行了。反而是第二種方式，也就是被動的方式比較有意思，比如說給航天器加裝一個「百葉窗」，通過調節，打開百葉窗可以通風，合上百葉窗又可以遮擋陽光。可見，百葉窗的調節部件很重要，通常我們都是手動控制的，而航天器的「百葉窗」巧妙就巧妙在它的調節部分。這個部分由一種特殊的材料製成，這種材料的特殊之處就在於它對熱量非常敏感，一旦在太陽光的照射下受熱，它就會膨脹，從而打開「百葉窗」，讓航天器進行散熱；相反，一旦到了太陽照不到的地方，它就會收縮，從而關閉「百葉窗」，對航天器進行保溫。是不是很奇妙！

上面介紹的都是真空環境對航天器的不良影響，那麼，是否可以說我們不需要或者說不喜歡真空環境呢？仔細想一下，顯然不是這樣的。就拿製藥來說吧，我們在電視中經常看到，在製藥車間里，工作人員都要穿著非常特殊的工作服，目的就是為了保持製藥車間中環境的潔凈。但是，在地面營造的這種潔凈環境再怎麼乾淨也沒有太空乾淨呀，所以，所謂太空製藥就是想利用太空的真空環境。另外，我們經常吃的方便食品都標有「真空包裝」，其實也是在告訴我們，真空環境對於食品的保鮮也是非常有效的。

來源：我們的太空

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