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太空旅行指南:地球人的星际穿越指导书

太空旅行指南:地球人的星际穿越指导书

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作者:尼尔·F·科明斯

出版社:中信出版社

出版时间:2019年04月

ISBN:9787508699158

编辑推荐

1、送给地球人的一本相对完整的星际穿越指南,移民外星备忘指南

想不想去太空旅游参观,甚至移民去火星?想不想提前领略沿途的风景,预防潜在的危险?地球轨道空间站、月球、小行星、彗星和火星等旅行目的地召唤着你,太空定居者的“温馨小屋”和旅行者值得体验的“原生态客栈”等你光临。带着这本天体物理学家科明斯教授专为地球人撰写的星际穿越指南,大胆出发吧!

 

2、用近百张NASA第一手图片资料加前沿科技研究成果,开展一场让人大开眼界的惊心动魄之旅

科明斯是个幽默风趣的大学教授,他用生动的语言带领读者探索科技,用真实的太空图片、NASA资料以及科技数据,把太空旅行会碰到的情况事无巨细罗列出来,让读者仿若身临其境,参与每一个关键时刻,仿若正在感受宇宙的独特风景和在另一个世界跳跃奔跑的快乐。

 

3、连诺贝尔物理学奖得主都推崇的天体物理学家,货真价实的科普教授

科明斯攻读博士学位期间有关广义相对论的研究成果,曾被诺贝尔物理学奖得主苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡引用在其获奖演说中。

 

 

内容简介

想不想去太空旅游参观,甚至移民火星?想不想提前领略沿途的风景,避免潜在的风险?那么,跟着天体物理学家科明斯教授,开启一场让人大开眼界的太空之旅吧。

 

这本书旨在向每一位太空游客展现近未来太空旅行的惊喜和刺激。宇宙的神秘与壮美在你眼前,但可怕的风险也近在咫尺:在另一个世界漫步的快乐音符中掺杂着噪音——太空辐射、无法呼吸的大气和可能的设备故障。但请别害怕,《太空旅行指南》会为你扫除恐惧和担忧。地球轨道空间站、月球、小行星、彗星和火星等旅行目的地召唤着你,太空定居者的“温馨小屋”和旅行者值得体验的“原生态客栈”等你光临。

 

这是科明斯送给地球人的一本相对完整的星际穿越指南,它综合了天文学、物理学、生物学、心理学和社会学等学科的新成果。有了它,大胆地开始你的梦幻旅程吧!

 

作者简介

尼尔·F. 科明斯(Neil F. Comins)1951年出生于纽约市,在纽约和新英格兰长大,现任教于缅因大学。他在康奈尔大学取得了工程物理学士学位,在马里兰大学取得了物理学硕士学位,之后又在伯纳德·F. 舒茨(Bernard F. Schutz)的指导下,从英国威尔士的卡迪夫大学取得了天体物理学博士学位,他攻读博士学位期间有关广义相对论的研究成果,曾被诺贝尔物理学奖得主苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡引用在其获奖演说中。

 

科明斯在广义相对论、观测天文学、星系演化的计算机模拟以及科学教育等方面都做过理论和实验研究。他还曾为弗里曼出版社编写了包括教材《发现宇宙》(Discovering the Universe,第四版)在内的10本教材。他还出版了3本大众读物:《没有月亮会怎样?》(What If the Moon Didn’t Exist?)、《弥天大错》(Heavenly Errors)和《太空旅行之险象环生》(The Hazards of Space Travel: A Tourist’s Guide)。其中《没有月亮会怎样?》被制作成了天文馆的节目,被节选成电视和广播节目的素材,并被翻译成了多种语言,而且是2005年日本爱知世博会三菱馆的主题。

科学和太阳系面面观

1961 年 4 月 12 日,苏联宇航员尤里·加加林(Yuri Gagarin) 从今天的哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射场(Baikonur Cosmodrome)起飞,开始了人类的首次太空之旅。他乘坐的飞船在“东方”(Vostok-K)火箭的推动下向东飞行,飞行高度大约 325 千米。飞船a 差不多绕行地球一圈后,到达非洲上空,此时制动火箭点火,返回舱开始减速并降落。在距地面 7 千米的时候,舱门打开,他被弹射出去,打开降落伞,最后降落在偏离预计着陆点大约 2 800b 千米的地方。就在那里,他打了一个电话,叫人来接他。

 

从那以后,人类的太空飞行断断续续地发展起来。20 世纪60 年代和 70 年代,人们见证了苏联与美国之间的太空竞赛,而人类登月使这场竞赛进入了白热化阶段。苏联的“礼炮”(Salyut)系列空间站、苏俄的“和平号”(Mir)空间站、美国的“天空实验室”(Skylab)空间站和中国的“天宫一号”等环地空间站你方唱罢我登场。现如今,国际空间站和中国的“天宫二号”各自雄踞一方。国际空间站不仅使各个国家、公司和机构有机会向太空输送宇航员和科学家,同时也为实力雄厚的太空旅行发烧友提供了落脚点。截至目前,进入太空的人数在 500~1 000 之间(这个数字无法更精确,因为有些秘密的军事任务无从统计)。大量商业太空项目正在建设之中,这预示着在不远的将来会有更多人踏上太空之旅。

 

从历史上看,业余太空旅行的价格一直以千万美元为单位, 但从事太空旅行各类分支业务的新生代公司有望降低这个价格。目前正在开发的一个短程太空游项目,一个座位只要几十万美元。这意味着将有几百万人有机会进入太空。

 

想从太空旅行中获得极致体验,你必须了解一路上可能遇到的科学和医学问题。《太空旅行指南》会阐述各种太空经历,所以会包含不少科学知识。本书的目标之一就是让这些知识能够为你所用。科学家给日常用语赋予了很多技术含义,这给业余人士阅读科学读物造成很大的困难。因此,本书会在必要时解释这些词语的科学含义。

 

让我们看看对科学词语进行不同解读的两个例子。如你所知,微小的电子围绕着体积较大的原子核运动。读到这里,大多数人会把电子和原子核想象成微缩版的行星和太阳。20 世纪早期甚至出现过以原子生物为主人公的小说,比如 1922 年出版的《金色原子中的女孩》(Girl in the Golden Atom),作者是雷·卡明斯a。然而事实上,原子内部的各种粒子—质子、中子和电子—根本不是实心粒子,而是同时具有波和粒子的双重属性。撇开其他不谈,这首先意味着,我们不能把电子想象成围绕恒星运动的行星。波的性质使电子在运动时向四周发散,这不同于点状物体的运动方式。虽然电子运动的“视觉化”因此变得复杂, 但波粒二象性的设定反而方便科学家深入地解释电子的行为。

 

本章的第一句话也可以很好地证明理解科学词语的重要性。本章开头我写了“……开始了人类的首次太空之旅”,这里我没有给出“太空”的定义。我们大多数人从直觉上会把“太空”理解成地球大气层以外的区域。但是大气层与游泳池不同,它没有明确的边界。如果你从高空降落进入大气层,你会发现空气变得越来越稠密,但看不出哪里算是边界。相比之下,你往游泳池里跳的时候,入水的那一刻,水面的边界非常明确。大气层没有一个固定不变的顶盖,所以光是大气层还不够拿来给“太空”下定义,我们需要换一个角度。

 

地球大气层之所以没有一个明确的边界,是由于气体的性质。液体是原子和分子的弱束缚组合,而气体的原子和分子是无法被束缚在一起的。除非以外力强行拉近,否则这些粒子会彼此渐行渐远。例如,气球把气体原子和分子聚在一起,而一旦被刺破,里面的粒子就会四散开来。

 

让我们做个粗略的比喻:就像气球把气体聚集起来那样, 地球重力把空气聚拢在地球四周,阻止它们逃逸到太空中去。即便如此,大气层最外层的气体受太阳辐射,还是会挣脱地球重力,向星际空间逃逸。之所以如此,是因为粒子受热越多,其运动速度就会越快,待速度足够快时便会摆脱地球重力。因此,地球大气层不断有气体逃逸到月球,甚至更远的地方,不再回来。让问题变得更复杂的是,整个大气层在受热时会向外膨胀,遇冷时会向内收缩,所以大气层的高度会随天气状况、太阳辐射和昼夜更替而不停地变化。

 

多数太空爱好者把“太空”定义为卡门线(Karman line)以外的空间。这个定义源自匈牙利裔美国科学家西奥多·冯·卡门(Theodore von Karman,1881—1963)的一个推论。卡门曾提出一个问题:为了使飞机的机翼产生足够的升力以保持飞行高度,我们需要多大的空气密度?毕竟,飞得越高,空气密度就越小,空气所能产生的升力也越小(不论飞行速度)。他发现,在距离地球表面 100 千米左右的高度,空气已经变得非常稀薄,以至于飞机必须飞得足够快,进入绕地轨道,才能维持飞行高度。换句话说,在绕地轨道的高度上,飞机的速度会非常快,即使关闭发动机依然可以环绕地球飞行。这个高度就是现在所说的卡门线。

 

在无动力飞行的时候,航天器需要依靠自身的运行速度来避免坠向地球。例如,国际空间站不断被地球重力向下拉,但由于它在平行于地表的方向上具有足够快的速度,所以不会一落到底。出于各种政治和技术原因,各个机构和国家对“太空”起始高度的界定并不一致,但就本书而言,太空始于卡门线。

 

有趣的科幻作品:

小行星是很多科幻故事的主角,最早可以追溯到 19 世纪儒勒·凡尔纳(Jules Verne)的作品。几部《星球大战》系列电影里都有小行星的身影。在《星球大战 5 :帝国反击战》(The Empire Strikes Back)中,汉·索罗(Han Solo)就把他的“千年隼号”(Millennium Falcon)藏在了一颗小行星里面。这颗小行星是一个密集行星带的一部分,符合人们对太阳系小行星带的一贯印象。问题是,如果小行星像这些电影展现的那样密集,它们相互之间的万有引力早就使它们互相撞击,最后聚合成一个巨大的天体了。这种情况实际上并没有发生,因为小行星带中的小行星,还有近地天体,它们彼此之间至少相隔 160 万千米(地球与月球之间距离的 4 倍),甚至更远。到底有多远,就看你相信谁的计算结果咯。小行星由于质量小、运动速度快,在这样遥远的距离下不可能聚合在一起。