第47章 宇宙(3)

　　我们除了看到星星每天围绕地球自东向西运动之外，每一颗星从地平线升起的时间，每天比前一天提早约4分钟，因而，一年内每夜同一时刻，所看见的星星并不相同，星座的位置在渐渐向西边移过去。例如我们所熟悉的猎户星座，12月初，黄昏时分才从东方升起；过了3个月，黄昏刚刚降临，猎户座已闪烁在南方的天空中；可是到了春季快结束时，黄昏时它已经随着太阳同时西落了。

　　随季节的进展，星座向西的缓慢运动，是由于地球绕太阳公转的结果。如果我们在白天里也可以看见星星，那么我们就会看见太阳在星座间向东移动，每一天太阳大约向东移动1°，相当于太阳直径两倍那样的距离。这样，一年内它在天球上作了一个所谓“周年视运动”。

　　总的来说，星星有两种运动现象：一种是由地球自转引起的周日视运动，造成每天夜里星星东升西落的现象；另一种是由地球公转引起的周年视运动，使星座随季节变化出没，隐显时间也发生相应变化。两者不可混为一谈。

　　知识点：星座、周日视运动、周年视运动、自转、公转

　　为什么一颗彗星会有几条尾巴

　　1986年，鼎鼎大名的哈雷彗星回归时，它的彗尾特别引人注目，很多人都看到它拖着两条以上的尾巴。这是怎么回事呢?

　　彗星在它运行的大部分时间内，是没有彗尾的，只有当它运行到离太阳约2天文单位(约3亿千米)左右时，在太阳风和来自太阳光的压力的作用下，从彗头抛出气体和尘埃微粒，才往外延伸而形成彗尾。

　　彗尾形状多种多样，可以归纳为三种类型，即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型彗尾主要由带电离子组成的气体形成的，又称离子彗尾或气体彗尾。这种彗尾直而细，略带浅浅的蓝色。Ⅱ型和Ⅲ型彗尾都是由尘埃组成的，呈淡黄色，统称为尘埃彗尾。它们比Ⅰ型彗尾更宽些，也更弯曲些。弯曲程度小些的称为Ⅱ型彗尾，弯曲程度比较大的就是Ⅲ型彗尾。

　　由于彗尾中既有气体又有尘埃，因此，一颗彗星走到离太阳比较近的时候，常常可能同时形成气体彗尾和尘埃彗尾，有两条以上彗尾的彗星，不是件稀罕的事。1986年2月，哈雷彗星经过轨道近日前后的一段日子里，它的尾巴的形态显得多姿多彩、富有变化，就是这个原因。

　　有时，彗星的气体彗尾和尘埃彗尾会发展成为连续的一片，好像一把“大扫帚”倒挂在天空中。1976年，威斯特彗星经过轨道近日点时，就向人们展示了这一奇特的现象。

　　到目前为止，人们观测到的彗尾最多的彗星分别出现在1744年和1825年。前者是一位瑞士天文学家看到的，一颗彗星拖着六条尾巴；后来是有人在澳大利亚观测到的，一颗彗星拖了五条尾巴。彗星常常会有两条以上的彗尾是可以肯定的，天文学家往往还能从彗星照片上，发现肉眼无法辨认的暗淡彗尾。

　　知识点：彗星、彗尾、气体、尘埃

　　为什么有些恒星的亮度会变化

　　1956年，一位业余天文学家在观测恒星时，发现鲸鱼座一颗3等星逐渐变暗，暗至肉眼已看不见了。过了一年，这颗星又重新出现，这种亮度会变化的星称为变星。

　　变星共分三大类。第一类是食变星，实际上是互相绕转的双星，当较暗的星转到前面挡住较亮的星时，我们就看到星变暗了；当互不遮挡时，看上去就变亮了。这一类变星的亮度变化是两星交会引起的，恒星本身的物理状态没有变化，这类变星也称为食双星。

　　第二类称为脉动变星，它们的亮度周期性地发生变化。一般来说，光变周期长的变星亮度变化大，光变周期短的亮度变化小。如上面提到的鲸鱼座变星，光变周期为300多天，最亮和最暗时亮度要相差上千倍。造父变星也是脉动变星的一种，天文学家常用它来测定天体的距离。

　　第三类称为不规则变星，它们的亮度变化完全没有规律，或者规律不十分确定，新星和超新星也属于这一类变星。

　　现在已经知道变星是恒星演化到一定阶段的标志。一般说来，当恒星处于主序星阶段时比较稳定，当恒星演化到主序星阶段之前或之后都会出现不稳定性，它的亮度就会发生变化，成为变星。

　　随着观测技术的进展，已发现越来越多的恒星都有不同程度的变化。太阳是一颗主序星，它是比较稳定的，但是在太阳上仍有太阳黑子、耀斑等活动区存在。因此变星是普遍的，只是在大部分情况下，很难用肉眼发现它们的亮度变化罢了。

　　知识点：变星、食变星、食双星、脉动变星、不规则变星

　　为什么患近视的人也能当航天员

　　要回答这个问题，首先要介绍一下航天员是由哪些人组成的。

　　目前，构成航天员队伍的有三类人员：一是载人航天器的驾驶员，负责在宇宙航行中操纵驾驶航天器；二是飞行任务专家，负责航天器在飞行中的维修，完成飞行中对卫星或探测器的施放和修理，还有到舱外执行某些特殊任务；三是载荷专家，他们就是到太空中进行科学实验的科学家和工程师。前两类航天员是职业的，而后一类航天员是非职业的，只有担负与自己有关专业的任务时才登上太空。

　　早期航天员的挑选是十分严格的，通常是从喷气式飞机的驾驶员中选拔，可谓是千里挑一，所以对身体的要求也极为苛刻，当然患有近视的人是不可能入选的。

　　随着航天技术的发展，宇宙飞船和航天飞机频频进出太空，载人航天的活动次数也越来越多，空间站已成为人类在太空停留的重要场所。因此，今后会有更多的人进入太空生活和工作。

　　据统计，全世界需要矫正视力的人高达48％(主要是近视眼)，而患近视眼的人在科学家和工程师中所占的比例还会更高。如果戴着眼镜上太空，那是很不方便和不安全的，但把他们统统排除在航天员之外，又是一个很大的损失。出路在哪里呢？

　　用隐形眼镜可以解决这个问题。国外已经让航天员戴上隐形眼镜，作过模拟上天的试验，都没有出现不良反应，并公认隐形眼镜是矫正航天员视力的理想用品。

　　从今以后，不仅科学家和工程师上天可以不受视力上的限制，对未来的太空游客们也敞开了一扇大门。

　　知识点：航天员、近视眼、隐形眼镜

　　为什么人造卫星能按预定的轨道运行

　　人造卫星与飞机不一样，没有驾驶员，也不像飞机那样可以在任何时候操纵。当火箭把卫星送上高空，火箭燃料用完后，就跟卫星分离，这时卫星由于惯性和地心引力作用，按一定轨道继续运行。

　　怎样使人造卫星按预定的轨道运行的呢？

　　关健是要掌握好它和火箭脱离并开始进入轨道那一瞬时的速度和方向。一般进入轨道的速度在每秒8至11公里之间。在这个范围内，速度越小，轨道就越扁。速度的大小，主要决定于运载火箭的推力和级数，推力越大，级数越多，速度也就越大。卫星进入轨道的方向，就是火箭与卫星脱离时的飞行方向。这方向是可以由地面通过无线电来控制的。这样，就完全有可能使人造地球卫星按预定的轨道运行了。

　　要使卫星在预定的轨道上运行，是一个十分复杂的问题。从火箭发射到进入预定轨道，要求都很严格。

　　例如，要使卫星在高度为250公里的轨道中运行，如果要求高度误差不超过10公里，那么卫星进入轨道时的速度误差就要求小于万分之二，角度误差要求小于2.3度（一个圆周为360度）。美国就曾在这方面屡遭失败，它的第一颗卫星发射了多次勉强送上去，而且它的轨道与预定相差很多。

　　我国第一颗人造卫星和第二颗人造卫星（科学实验人造地球卫星），都一举发射成功，非常准确进入预定轨道。

　　知识点：惯性、地心引力、速度、方向

　　为什么人造卫星能进行多种科学研究

　　人造卫星的发射，为更好地进行多种科学开辟了新的途径。如利用人造卫星进行天文研究有很大的意义；利用人造卫星还可以研究太阳的短波辐射（如紫外线、X线）和微粒辐射（即所谓“太阳风”）、地磁的变化：还可以精确地测量地球的形状，进行大地测量，确定天文数据以及确定海洋上航行的船只的精确位置等等。这些都具有重要的科学价值和实际意义。例如，可以利用人造卫星来进行无线电通迅。用人造卫星作为一个通迅的中继站（转送站），无线电波通过卫星中继站放大后，再向地球发射。这样就可以保证无线电短波通迅畅通无阻。如果在地球高空发射几个专门转播电视用的卫星（如同步卫星、准同步卫星等），就可以把北京的电视转播到全世界，意义十分重大。这种专门用于通讯的卫星称为“通讯卫星”。

　　又如，用人造卫星进行气象研究，也有很重大的意义。如果在人造卫星上安装一些特殊仪器，就可以获得高空大气的温度、湿度、压力等资料，在卫星上装上电视照相机，就可以拍摄大面积云层的照处片（这是地面气象站所无法得到的），这种资料对于长期天气预报很有价值。这种专门用作气象研究的卫星称为“气象卫星”。

　　此外，可以用人造卫星进行高空大气物理的研究。利用人造卫星可以测量地球高空大气的密度，研究外层大气（几百公里以上的高空）的情况。利用人造卫星，人们已经发现内、外辐射带，它们是地球上磁场捕获宇宙中的带电粒子所形成。辐射带的研究对于载人宇宙飞船意义特别重大。利用人造卫星还可以进行电离层的研究，发现电离层的变化规律，这对军事上、科学上都很有意义。

　　利用人造卫星进行各种科学研究的途径，将是十分广阔的，科学研究的各个领域，都可以应用，如物理学、化学、力学、数学、天文学、气象学、地球物理学、电子学、医学、生物学等等许多科中都有很大的重要课题，可以利用人造卫星来进行研究。

　　知识点：天文、短波辐射、微粒、地磁、无线电通讯

　　为什么人造卫星可以成为重要的军事工具

　　地面无线电短波通迅是靠高空电离层的反射来实现的。但是，人们逐渐发现，在某些特殊的情况下，如太阳活动剧烈的时候，电离层会受到突然“骚扰”，这就会使得短波无线电讯号立即衰弱甚至完全中断，其时间短则几分钟，长则可达一小时左右。

　　这种通讯中断现象在军事上影响很大。例如：作战一方如果利用这种机会进行突然袭击，另一方的反击行动就会由于通讯中断而得不到很紧密的组织和有机的配合而遭到损失。用什么措施来预防短波通讯中断现象的发生呢？利用卫星进行通讯工具便是有效的措施之一。人造卫星可以作为通讯的中继站，来转播无线电波，所以用人造卫星建立起来的通讯网，即使在战时，也可以不受电离层的干扰而畅通无阻。

　　同时，如果在卫星上装有特殊的照相机和电视机，它就可以仔细地拍摄地形，侦察军事基地，并将这些地方的位置精确测量出来，然后再把资料用无线电波传送到地面。

　　如果在卫星上附设一些仪器，如红外线传感器、X射线侦察器等，就可以用来辨别导弹的发射，作为空中警戒站，也可用来观察高空的核爆炸情况。另外，在卫星上也可以装主动武器，如导弹核武器等。

　　知识点：短波通讯、中断、卫星、警戒站

　　为什么一般只能在黎明和黄昏看到人造卫星

　　我国第一颗人造卫星发射成功，祖国大地喜气洋洋，全国人民怀着激动的心情，人人争看红色“小月亮”。大家都是在日落后一段时间里看到我国的人造卫星（当然，日出前一段时间里也能看到）。这是什么原因呢？

　　人造卫星本身是不发光的，像月亮一样，只能反射太阳光。因此要看到人造卫星，观测地点的天必须比较暗，天太亮了，卫星也是看不见的。另外，卫星必须受到太阳光的照射。

　　这些条件，只有在日落后和日出前一段时间里才具备。白天，卫星飞过我们上空时，它虽然能被太阳照到，但天空太亮，我们就看不到，这与我们在白天看不到星星是一样的。

　　深夜，卫星飞过我们上空时，太阳光被地球挡住，照不到卫星。当然我们也无法看到。只有在日落后或日出前一段时间，天空的背景是黑暗的，阳光能照到卫星上，如果天空晴朗，我们就能看到。

　　外因是变化条件，内因是变化的根本原因，外因通过内因而起作用。以上这些都是外因，能否看到卫星，还必须决定于人造卫星的大小。卫星的表面积必须足够大，并且反射性能要比较好。而有的体积很小，直径只有几十厘米，在几百公里高空，我们用肉眼看不到的。我国第一颗人造卫星体积很大，达173公斤，看上去是比较亮的（外在近地点时，大约相当于4等星），使用较为灵敏的日用照相机也可以对它拍照。

　　知识点：卫星、照射

　　为什么人造卫星发射时穿过大气层不会烧掉

　　为什么流星穿过大气层被烧掉，而人造卫星发射时也穿过大气层，却没有被烧掉呢？

　　流星穿过大气层前，本身就具有一定的速度。在地球强大的吸引力作用下，流星越靠近地球，地球对它的引力就越来越大，因此它的速度迅速地增长，最后能到达到每秒20到70公里。流星以这么高的速度在大气层运动，受到了巨大的磨擦力，使流星达到几千度，足以烧掉流星。

　　人造卫星发射前，相对于地球的速度为零，在发射过程中还要不断克服地球的引力，开始的速度很慢，以后逐渐增加。在目前技术条件下，第一级火箭发动结束后才增加到每秒二、三公里。这时卫星已经离地面50到100公里高，那里的大气密度还没有地面的千分之一。当卫星进入轨道时，速度达到每秒钟7.9公里。可是由于高度更高，大气更加稀薄了。所以，在人造卫星发射过程中，虽然由于空气磨擦而产生的温度相当高，但比流星穿进大气层时的温度要低得多，所以不会被烧掉。但尽管这样，还是要用耐高温的合金来做火箭的外壳。为了减少人造卫星与大气层的磨擦，还采取了下面的措施：

　　卫星和火箭的联结总体的外壳，要造得尽量光滑，以减少大气的阻力。2.与前进方向垂直的火箭横截面越大，受到的阻力就越大，因此火箭要做成细长的。3、发射卫星时，为了尽快脱离浓密的低层大气，一般采用垂直于地面，或基本垂直于地面向上发射的方法。

　　人造卫星发射穿过大气层时不使其烧掉的是这些办法，那么宇宙飞船返回地球穿过大气层时用什么方法不让它烧掉呢？一般都用这些方法：当飞船返回地球将要进入大气层时，飞船向前进的方向喷气，就像喷气飞机那样，不过是向前喷，不是向后喷，使飞船的速度减慢。这时飞船开始下降，当它进入大气层时，不是像一块石头那样笔直地从几百公里高空直冲下来，而是逐渐转成了一个弧形很大的下降轨道，斜着飞下来，一般要绕着地球飞行半圈以后，再打开强大的降落伞，这时飞船可以缓慢而安全地落到地面了。

　　知识点：人造卫星、摩擦、温度、合金、垂直

　　为什么人造卫星环绕地球的轨道不一样