太空科學(xué)課（二十七）

一轉(zhuǎn)眼，天宮課堂第四課也接近尾聲了，最后的天地互動環(huán)節(jié)又出現(xiàn)了哪些有趣的問題？我們一起去看看吧。

遇到太空垃圾怎么辦？

首先提問的是來自內(nèi)蒙古課堂的同學(xué)，她提出了兩個問題：航天員在太空中是否會看到太空垃圾？如果遇到太空垃圾，空間站有什么防護(hù)措施？

太空垃圾，也叫作太空碎片或者空間碎片，指的是太空中人類不需要的人造物體。這些物體往往來自廢棄的人造衛(wèi)星、火箭或其他設(shè)備的殘骸。由于它們的體積很小、運行速度極快，難以檢測和清理，所以太空垃圾對于航天器的正常運行以及航天員的生命安全都構(gòu)成了非常大的威脅。

航天工程師利用科技手段時刻關(guān)注著太空垃圾的動向，目前還沒在中國空間站附近發(fā)現(xiàn)太空垃圾的蹤影。即使真的發(fā)現(xiàn)了太空垃圾，同學(xué)們也別擔(dān)心，我們的空間站有完善的預(yù)案來應(yīng)對：首先可以進(jìn)行軌道機動來規(guī)避，空間站在多個方向都有姿態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)動機，只要讓空間站稍稍改變一下原來的飛行軌道，就可以躲開垃圾碎片；其次，我們的空間站外殼非常堅固，一般的太空垃圾不會對其造成傷害。

在空間站看到的太陽和地球有何特別？

第二名提問的同學(xué)來自浙江課堂，她提出了一個很有趣的問題：在空間站看到的太陽和地球，與我們在地球上看到的有什么不同嗎？朱楊柱回答了這個問題。先說地球，我們在乘坐飛機時，確實可以俯瞰地球，但是我們依然無法看出地球是個球體。這是因為我們乘坐的民航飛機飛行高度一般不會超過10千米；即使是一些專業(yè)用途的飛機，飛行高度通常也不會超過30千米，這個高度對于直徑超過1.2萬千米的地球來說，就顯得很低了。所以在飛機上，我們看到的地平線依然是一條水平的直線。而空間站的飛行高度比飛機的高很多，大約是400千米，在這個距離上，雖說還沒有遠(yuǎn)到可以讓人一眼望到整個地球，但是看出地平線的弧度還是很容易的。

朱楊柱還提到了他的一個發(fā)現(xiàn)，在空間站里看到的云朵，都是雪白的。而我們在地面上可以看到白云、烏云、火燒云甚至是彩色的云彩。這又是為什么呢？答案與光的傳播規(guī)律有關(guān)。我們知道，云朵主要是由飄浮在大氣中的小水滴或者小冰晶構(gòu)成的，這些水滴和冰晶非常小，陽光遇到這些小顆粒的時候，就會發(fā)生散射，由于這種散射是非常均勻的，所以我們看到的云呈現(xiàn)為白色。但是如果云層比較厚，光線在多次散射后被吸收和遮擋，亮度就會變?nèi)?，云朵暗了下來，就成了烏云。還有一種情況是陽光穿過厚厚的大氣層之后，藍(lán)光和綠光被散射掉，只有偏紅色的光照在低空的云層上，這就形成了美麗奪目的火燒云。

在空間站上觀看云朵，則完全是另一番景色?？臻g站的高度遠(yuǎn)在云層之上，航天員看到的云朵實際上是云朵反射回來的太陽光，因為云朵頂部的光照很足，陽光也幾乎沒有經(jīng)過大氣散射，所以看上去只會又白又亮，沒有其他色彩。

至于在太空中看太陽，這可不是一件有趣的事情。如果遇到艷陽高照的日子，我們在地面上也不敢抬頭直視太陽，更何況是在失去了大氣層保護(hù)的太空中呢！在太空站里，由于缺乏大氣和云層的散射，太陽光只會直接照向航天員，看太陽可是非常危險的！我們的航天員在陽照區(qū)，也就是太陽光直射空間站的階段出艙作業(yè)時，是要戴上專門的遮光設(shè)備保護(hù)眼睛的。

高精度時頻實驗柜有什么作用？

下一個提問機會給到安徽課堂，一名高中生提出了一個很專業(yè)的問題：空間站里的高精度時頻實驗柜能達(dá)到多高的精度？它具體qiWtKYND6gK0awj+eAppMA==有哪些用途呢？高精度時頻實驗柜擁有一套由多個原子鐘組成的空間高精度時頻系統(tǒng)，目前，地面上的原子鐘可以做到千萬年誤差不超過一秒，而中國空間站上的冷原子微波鐘可以做到一億年誤差不超過一秒。我們?yōu)槭裁匆非笕绱烁叩木饶?？顯然不僅僅是為了我們?nèi)粘５挠嫊r工作。

首先，空間站上的微重力、高真空的環(huán)境可以提高原子鐘的穩(wěn)定性和精度，在太空里放置原子鐘可以更好地實現(xiàn)原子鐘之間的遠(yuǎn)程同步，不僅可以提高原子鐘的可靠性，也能增加我們的技術(shù)優(yōu)勢。在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，很多物理課題，例如支撐相對論相關(guān)理論的高精度檢驗，也離不開精密的原子鐘。應(yīng)用層面更是不消多說，金融、電信、導(dǎo)航等領(lǐng)域都對時間的精度有著非常高的要求，空間站的原子鐘越精確，我們的衛(wèi)星定位精度和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也會越準(zhǔn)確。

如何對抗失重對人體的不利影響？

下一個提問的是來自陜西課堂的同學(xué)，他想知道航天員在太空中采取了哪些辦法來應(yīng)對失重對人體帶來的不利影響。正如這名同學(xué)所說，微重力環(huán)境確實會給人體帶來血液重新分布、肌肉萎縮、骨丟失等問題。為了消減這些不利因素對人體的影響，科研人員也為航天員精心設(shè)計了有效的防護(hù)措施和方法，比方說航天員穿著的企鵝服、套袋和梯度加壓褲，空間站內(nèi)配置的太空自行車、抗阻鍛煉設(shè)備、太空跑臺、拉力器、握力器等鍛煉設(shè)備等。它們不僅保障了航天員的身心健康，也為航天員的高效工作提供了可靠的支持。

怎樣判斷空間站的姿態(tài)和軌道變化？

最后是北京課堂的同學(xué)提問。這是一名來自北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院的大學(xué)生，他提出的問題是太空中沒有明顯的參照物，航天員怎樣判斷空間站的姿態(tài)和軌道是否發(fā)生了變化。本次航天任務(wù)的載荷專家、北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院的桂海潮教授對這個專業(yè)度很高的提問做出了解答。原來，空間站上配備了地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等設(shè)備，這些敏感器本質(zhì)上都是傳感器，可以通過利用太空站可見的地球、太陽和恒星的位置來確定空間站當(dāng)前的姿態(tài)、位置和運行方向。而且，我們的空間站里也裝備了北斗定位設(shè)備，可以通過北斗導(dǎo)航衛(wèi)星實現(xiàn)太空中的定位與導(dǎo)航。再者，利用軌道力學(xué)的方法，也可以確定空間站當(dāng)前的位置以及飛行方向，航天員只需要打開儀表，所需信息一目了然。

到這里，天宮課堂第四課也正式落下了帷幕。在天宮課堂中，我們看到了從天宮一號到中國空間站建造的每一步發(fā)展，參觀了中國空間站的內(nèi)部構(gòu)造和科研設(shè)備，更在航天員的親身演示、悉心講解下觀賞了太空實驗的神奇現(xiàn)象，學(xué)習(xí)了豐富有趣的科學(xué)知識。中國航天技術(shù)發(fā)展的每一步都凝聚著無數(shù)科研人員的辛勤努力和高超智慧。目前，中國空間站已經(jīng)全面建成，進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，這是中國航天事業(yè)快速發(fā)展的縮影，更是中國載人航天事業(yè)的里程碑。

天宮課堂活動不僅展示了中國航天技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，也激發(fā)著同學(xué)們對科學(xué)探索的興趣和好奇心，為未來的航天事業(yè)培養(yǎng)了潛在的人才。在這個充滿無限可能的時代，希望同學(xué)們都能夠像航天員一樣，勇敢地追逐自己的夢想，不斷超越自我，為實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的力量。