为什么把空间科学归于综合科学?

 产品三类     |      2019-12-09 13:07

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  空间科学(space science)是指利用航天器研究发生在日地空间、行星际空间及至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学。空间科学以航天技术为基础,包括空间飞行、空间探测和空间开发等几个方面。所以把空间科学归于综合科学。

  主要研究发生在日球空间范围内的物理现象的学科。它的研究对象,包括太阳,行星际空间,地球和行星的大气层、电离层、磁层,以及它们之间的相互作用和因果关系。

  (即日地关系)是空间物理学的主要部分,是太阳物理学和地球物理学之间的边缘学科。它研究太阳能量的产生、辐射(包括电磁辐射和带电粒子辐射,尤其着重于它们的变化部分)、在日地空间的传播和对地球所产生的影响等整个过程。太阳中心部分的核聚变所释放的辐射能,经过漫长的热扩散过程传至太阳的外层气体而被吸收,产生对流不稳定性,称为对流区。最后大部分能量作为热能传到光球层而向外辐射,能量主要在可见光波段内,这部分能量比较稳定。

  太阳有复杂的磁场结构,黑子的磁场强度达数百至数高斯(1高斯=10-4特斯拉),它们的极性具有准周期性,因而太阳活动及相关地球物理现象也有准周期变化。冻结于对流区等离子体内的磁场随等离子体的对流、湍流运动弯曲扭转,从而产生一些强的磁场活动区,如表现在光球面上的黑子。储存的磁能在适当条件下会被迅速释放,表现为强烈的太阳活动,耀斑是其中最强烈的。对流区内部分等离子体浮涌出光球和色球,受到加速加热而形成日冕和太阳风。太阳风将太阳磁场带入行星际空间,由于太阳的自转和太阳磁赤道面稍有弯曲,•☆■▲从地球赤道上看,行星际磁场呈阿基米德螺旋线状和具有磁极性相同的扇形结构,从太阳活动区浮涌出色球表面的等离子体,一般又重新落到附近表面,形成闭合的穹形磁力线双极结构,但在有些区域可能出现开放的磁力线,伸展致行星际空间,产生沿磁力线流出的高速等离子体流,这样的区域称为冕洞。异常的太阳活动致使电磁辐射和带电粒子流增强,增强的电磁辐射主要在紫外线、X射线、γ射线和射电波段内的非热辐射,这两类增强的能量虽在总输出能量中所占比例不大,但对地球大气层和空间环境都产生巨大的影响。

  日地物理学的发展,要求把整个日地系统作为一个有机的整体,进行定量的、综合性的研究。

  空间物理学还包括太阳-行星系统的研究。经过比较研究,可更好地理解日地系统的物理过程,从而取得对作为一个整体的太阳系的深刻理解。如地球磁层的概念,同水星、木星、土星的磁层比较;地球的大气结构与金星、火星、★-●△▪️▲□△▽木星的大气比较;地球的电离层与金星、木星、土星的电离层比较等。

  利用空间飞行器在地球稠密大气外进行天文观测和研究的一门学科。人们通过接收宇宙天体的电磁辐射来研究它们的物理状态和过程。这种电磁辐射波长在108~10-12厘米范围内,但在地面上,仅能从可见光和射电两个大气窗口来观测天体,从而发展成为天文学的光学天文学和射电天文学两个分支。空间技术的发展,开拓了红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和γ射线天文学等崭新的领域。

  由于大气的湍流运动,使光波经过时产生起伏,造成光学望远镜的频谱分辨率和角分辨率降低。将高分辨率的光学望远镜安装在空间实验室里,能显著地提高它的分辨本领。

  高能天体和激烈活动的天体现象,产生着X射线和γ射线,这包括温度达数千万至数亿度的热辐射和在强烈爆发过程中产生的相对论性带电粒子所发出的非热辐射,例如超新星爆发及其遗迹产生的辐射;当一致密星(中子星或黑洞)与一伴星形成双星时,致密星对伴星的吸积而产生的辐射。γ射线天文学直接与核过程、高能粒子和高能物理现象相联系,将日益得到更大的发展。

  有些宇宙天体的辐射主要在红外波段内,如原恒星、红巨星、恒星际的气体云和尘埃等。活动星系和类星体既有很强的X射线、紫外线辐射,也有很强的红外线辐射。在恒星际空间发现很多种无机和有机分子,它们的谐振频率在波长较短的微波段内,2.7K的宇宙背景辐射主要在毫米波、亚毫米波波段内。为了进行这些探测,也要利用空间飞行器才最有利。

  空间天文学的诞生,使天文学又出现了一次大的飞跃。▼▲所研究的星空迥异于地面光学和射电天文观测到的星空。可以说,现代天文学的成就,很多都与空间天文学的发展有关。它改变了对宇宙的传统观念,对高能天体物理过程、恒星和恒星系的早期和晚期演化、星际物质等的了解,加深了对宇宙的认识。

  研究发生在空间的化学过程、宇宙物质的化学组成及其演化的一门学科,又称宇宙化学。

  空间化学研究的主要对象,包括太阳系天体、恒星、★▽…◇星系、星际物质和星系际物质。空间化学要研究构成宇宙物质的化学组成,包括元素、同位素、分子等,以及它们的化学演化规律。利用空间飞行器在大气外观测,使频谱分析波段由可见光扩展到了红外线、紫外线、X射线和γ射线范围;在星际空间发现了许多种分子,其中有一些是比较复杂的有机分子,如氰基、氨等;对月球和行星的化学组成进行了分析。这使空间化学研究的内容不断地丰富起来,▲●从而形成了空间化学。

  空间化学的发展,对于太阳系的起源、△▪️▲□△天体的起源和生命的起源等重大科学问题,有着密切的联系。★◇▽▼•

  空间地质学研究月球、行星及其卫星等天体的物质成分、结构,以及形成和演化历史的一门学科。

  月球探测器系列和“阿波罗”飞船对月球的土壤、△岩石、矿物等进行了综合研究,编制出了月球地质图和构造图。月球是人类在地球以外研究得最充分的天体。其次就是对金星、火星的探测,但仅限于对它们的表面的了解,如地形、山脉、裂谷、火山、峡谷和土壤分析等。所以,空间地质学还是一门较年轻的学科。

  在空间时代,人和生物在宇宙空间的活动成了现实。但是,生命在宇宙空间长期生存,就有着一系列需要研究的科学问题。这包括:微重力条件、宇宙辐射环境以及生活节律的改变给人和生物带来的影响。相应地,空间生理学、空间生物学、空间医学以及生命保护系统的研究也取得了很大的进展。总起来说,空间飞行环境对人和生物是极其严峻的,但实践证明,随着空间生物学、医学及生保技术的发展,人是能够在空间飞行环境下较长期地生活和工作的。

  利用空间飞行来寻找宇宙中的生命,是十分令人感兴趣的重大科学问题。经过对行星的探测,特别是对火星的探测,尚未发现生命的迹象。但已在空间发现了30多种有机分子,其中有几种属于地球生命的基本物质。科学家们渴望能在星际空间找到更高级的有机分子形式。

  指人造地球卫星、月球和行星探测器、空间实验室、航天飞机等的探测。这是空间探测的主要手段,探测的空间范围广、时间长。

  比较简便,适宜对平流层、臭氧层的探测,不足之处是探测范围小,探测高度也受到限制。

  这是以地面为基地的间接探测方法。具有连续性和稳定性的优点,缺点是受大气层的影响较大。在进入空间时代以后,即以空间飞行器的探测为主。地面探测是辅助性的,但仍是一种必要的探测方法。

  展开全部空间材料科学系研究空间环境条件下材料加工、生产、工艺过程的物理规律,从而获得性能全新的材料。从材料生成机理看,空间材料可分为晶体生长和金属、复合材料制备两类按材料的性能用途分,口▲=○▼它又可分为包括半导体、超导、磁性和光纤等在内的功能性材料,包括合金、金属、泡沫多孔和复合材料等在内的结构材料,以及陶瓷、玻璃材料等几类。

  在航天器上利用空间微重力条件进行材料科学研究和实验,已取得了很大进展。在空间失重环境中,对流、沉积、浮力、静压力等现象都消失了,另外一些物理现象却显现出来。例如,液体的表面张力使液体在不和其他物体接触时,紧紧抱成一团,快乐时时彩下注在空中悬浮;液体和其他物体接触时,★△◁◁▽▼液体在物体表面能无限制地自由延展。太空毛细现象加剧了液体的浸润性,气体泡沫能均匀地分布在液体中,不同密度的液体可均匀混合。◆●△▼●通过大量的研究实验,不仅清楚地认识了这些在微重力环境下产生的物理现象以及产生这些物理现象的机理,◆▼而且也进一步了解了地球重力环境限制材料加工的各种因素。利用这些在微重力环境下特殊的空间物理现象和过程,○▲人类已试验了空间焊接、铸造、无容器悬浮冶炼等工艺,冶炼出高熔点金属,制造出了具有特殊性能的各种合金、半导体晶体、复合材料和光学玻璃等新材料。

  40年来,已在各种航天器上进行了许多次空间材料实验,从而对空间晶体生长和空间材料加工过程中的特殊现象及其规律有了较深入的了解,并取得许多新的成果。

  美国早在阿波罗号飞船上就开展过微重力条件下的材料科学实验。在1973年发射升空的“天空实验室”空间站上,航天员进行了28项微重力研究实验;1975年在阿波罗号—联盟号联合飞行中又开展了13项微重力实验。自1981年航天飞机飞行以来,美国航天员利用空间微重力环境开展了晶体生长、特殊材料的工艺研究和生产,特别是把空间微重力实验室送人轨道进行材料加工,生产砷化镓晶体等材料。苏联于1969年在联盟号飞船上首次进行了金属焊接和切割试验,研究了微重力下的熔融金属性状,在礼炮号空间站上进行了微重力材料加工,拉出了重1.5千克的均匀单晶硅,制备了碲镉汞半导体材料、陶瓷和光学材料,还生产出球状伍德合金和铝镁、钼镓、铝钨、铜铟和锑铟等多种合金材料。◇•■★▼在礼炮号空间站上共使用各类微重力实验设备175种,带回3500多千克的实验样品。在和平号空间站上专门有一个叫晶体号的工艺舱,航天员利用其上的专用设备制取了纯度极高的半导体材料,生产了直径为5厘米的砷化镓晶体。总之,利用空间微重力条件,☆△◆▲■人类已在难混合金、复合材料、功能材料的制造实验和空间加工工艺方面,取得了很大发展。

  中国利用自行研制、●发射的返回式卫星,多次搭载空间晶体炉,进行空间材料加工实验,研究了砷化镓单晶、碲镉汞晶体的生长,超导材料的烧结,铝基碳化硅复合材料的制备,钯镍磷、锑化铟、锑化镓、铝铌合金的生长。▲★-●

  中国利用返回式卫星进行微重力条件下空间材料加工实验,主要包括单晶生长、超导材料和合金凝固等多项。例如,在地面混合并与石英管浸润的镉铟样品,经空间熔化后分离成两个成分分别为镉和铟的球体,并且与石英管都不浸润。通过空间进行铝锂、锌铅、铝铅、铝铌、铝锌铋等难混合金和偏晶合金凝固实验,发现空间的块状锌铅样品中实现了弥散相分布。在空间粉末液相烧结中也能够得到定向生长的晶体结构。所有这些实验成果表明,中国空间材料科学研究迈上了一个新的台阶。■□