2019-09-09
贵阳清洁公司 “硬核科学奶爸”手绘你肯定能看懂的宇宙科学讲解图

  出品| 新浪科技《科学行家》

  撰文| 王元卓 中国科学院计算技术钻研所钻研员、博士生导师,大数据钻研院院长

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  科幻电影《漂泊地球》票房已突破46亿,其有关的话题也都得到了普及关注。大年头三吾带女儿看完电影后,给女儿讲解时的几张手绘讲解图,出乎预料地得到了多多媒体和普及网友的关注,据统计已有数十万篇有关报道,超过1亿人次浏览,并引首数万人开展炎议。这些数字和多多网友们的留言都给了吾极大触动,逼真地憧憬能用手绘的样式,向青少年介绍科学知识,培育科学思想认识,激发孩子们对科学题目的思考。

  经过将网友关注的题目和几十位幼至交挑出题目清理成的10个关于宇宙的科学知识点绘制成讲解图,憧憬能为孩子们和普及至交做些力所能及的事。

  知识点一:什么是太阳系?生命存在的条件是什么?

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  吾们先来晓畅太阳系。太阳系是由太阳、八大走星、走星卫星、幼走星、彗星和流星体以及走星物质构成的天体编制。

  它共有8颗环绕地球飞走的走星,遵命距离太阳的距离,它们别离是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。其中,水星、金星、地球和火星是属于类地走星,它们的构造都很相通:中间核心以铁为主,且大局部为金属,外围是以硅酸盐为主的地壳。

  与类地走星对答的是类木走星,包括:木星、土星、天王星和海王星,类木走星为相通木星的气体走星,体积较类地走星走星更大。太阳的8大走星中木星体积最大,相等于1300个地球,大气层中有80%的氢气;土星次之,相等于830个地球,被称为圆环走星;天王星有65个地球大,是人类肉眼能看到很远的走星;海王星有58个地球大,是离太阳很远的走星;金星大幼与地球相通,是外面温度最高的走星;水星是太阳系最幼的走星;火星的半径是地球的一半,自转轴倾角、自转周期均与地球相近。

  地球的安详生态环境,在很大程度上又赖于地球外面大气层的隐瞒,大气层的厚度大约在1000公里以上,但异国清晰界限。地球的卫星和飞走器清淡不妨在三栽高度的轨道上飞走。距离地面近来的是低地球轨道,它的高度在2000公里以下;比它距地面更远一些的是中地球轨道,约略距地面2000~20000公里,它们都是非同步轨道;地球同轨道,距地面36000公里,由于在此轨道的卫星绕地球运走周期与地球自转同步,与地球之间处于相对静止的状态。

  生命存在的清淡条件包括:阳光、水、空气和正当的温度。在已不都雅测到的星体中还异国发现有地外生命存在的迹象,不过在太阳系中,也依旧有一些星体具有生命存在的局部条件,比如:火星地下有盐水湖,倘若能在地下找到淡水,则有不妨存在生命;木卫二是木星的第二颗卫星,它的体积与月球相等,外面极厚冰壳下有液态水层,受木星潮汐作用添炎,基本能知足生命所需的条件;土卫六是土星的第六颗卫星,体积比水星还大,浓重的含氮大气层下是一个与古地球专门相通的由碳氢物质构成的有机物外面。

  知识点二:太阳的结构是什么?如何演化的?

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  晓畅了太阳系的构成后,下面吾们最先深入晓畅迫使地球漂泊的元恶——太阳。太阳是宇宙中很清淡的恒星,它不光要自转还得围绕着银河系公转,它的直径大约有139万公里,相等于地球直径的109倍。太阳由内至外重要由日核、辐射层和对流层构成。日核占太阳半径的1/4,质量的一半,温度达1500万℃,随时都在进走着4个氢核聚变成一个氦核的核聚变响答。辐射层从日核到0.71个地球半径的区域,形成可见光传向太阳外面。对流层的厚度约15万千米,辐射层传来的能量,在这边以对流的样式传出去。

  图中画出的核聚变响答是人类此刻不妨操纵的核聚变响答,是由氢的同位素氘和氚原子核结相符成较重的氦原子核,并放出重大能量,核聚变前后质子和中子数目都保持不变。而太阳的氢核聚变响答固然与此相通但又复杂许多,清淡太阳内部荟萃了极大的压力和温度,使得氢原子外的电子云结构坍塌,两个氢原子核克服斥力聚相符在一首形成氘核,这是太阳内部聚变响答的第一步,同时发生了质量折本,开释出炎量,紧接着氘核和氢核又被挤压到一首,发生聚变,响答生成氦3,赓续放炎,末了两个氦3聚变形成氦4并且放出2个中子,太阳的核聚变响答开释出大量的能量。

  太阳是一颗黄低星,也是有生命周期的,黄低星的寿命大致为100亿年。下面吾们就来看一下太阳演变过程。大约在50亿年前银河系里的一颗恒星发生爆炸,形成了太阳星云。在引力的作用下,太阳星云赓续紧缩,体积越缩越幼,密度也越来越大,中间温度也越来越高,当中间温度达到10000℃时,形成了原首恒星。当原首恒星的温度赓续提高达到1000万℃时,触发了氢核聚变响答,太阳就此诞生了,诞生距今大约46亿年了,此刻吾们看到的太阳已经进入恒星的主序星阶段,也就是正值太阳壮年时期。

  再过大约54年后,太阳的生命周期亲昵尾声,氢燃烧殆尽,氦闪将会发生。氦闪是在中等质量恒星的核心,或是白低星外面堆积的氦猛然最先的核聚变,核心温度变得越来越高,太阳就逐渐变成一颗重大但黑淡的红巨星,太阳的外层将向太阳系膨大,将远广大于此刻的太阳,太阳系内侧走星将会被吞噬,直到末了太阳猛然中止燃烧,变成白低星。这就是《漂泊地球》原著中写的:“太阳内部氢转化为氦的速度猛然添快,太阳的演化已向主星序外偏移,氦元素的聚变将在很短的时间内传遍整个太阳内部,由此产生一次叫氦闪的剧烈爆炸”。

  那么再过54亿年地球肯定会被变成红巨星的太阳吞噬吗?吾们鼓励各位读者至交都能尝试着进走推演,总共能自圆其说的效果都是不妨发生的,比如说:倘若地球与太阳中间的相对距离保持不变,那太阳外部向外膨大时必将吞噬地球,甚至都不必红巨星的边缘接触地球,高温早就将地球汽化了。

  但是倘若54亿年后地球与太阳的距离已经优裕远了,红巨星的高温不会或者较幼的影响到地球也是不妨的。根据不都雅测,由于太阳的高温燃烧,存在着自太阳向外的“太阳风”,此刻的太阳风每年会将地球推离太阳1.6厘米,那么随着太阳燃烧的添剧太阳风也会随之添剧,添之漫长的几十亿年的时间,约略到时地球不会被红巨星吞噬。但最后失踪太阳的地球也很难再维持生命的一连。几十亿年后的事,总共皆有不妨。

  知识点三:地球的结构是什么?又是如何行动的?

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  倘若太阳真的会变成红巨星,并对地球构成胁迫,那么地球将有不妨开启漂泊的旅程,那最先要深入晓畅吾们居住了千百万年的地球。地球是由三局部构成,别离为地壳,地幔,地核。地壳是地球外面以下、莫霍面以上的固体外壳,由岩层构成,最薄一层,平均厚度17公里。地幔是地球的中间层,由造岩物构成,体积最大,质量也最大的一层,平均厚度2865公里。分成上地幔和下地幔两层。上地幔顶部存在一个柔流层,不妨是岩浆发源地。地核是最厚一层,平均3400公里,分为外埠核、过渡层和要地本地核三层,外埠核厚度约2080公里,大致成液态,可起伏;过渡层的厚度约140公里;要地本地核是一个半径为1250公里的球心,大致是固态的。

  此刻,地球在自转的同时围绕着太阳进走周期性的转动。地球绕自转轴自西向东的转动,从北极点上空看呈反时针旋转,从南极点上空看呈顺时针旋转。水池放水漩涡不妨看出旋转倾向。地球自转轴与黄道面成66.34度夹角,与赤道面垂直。自转一周23幼时56分4秒。风的季节性转折导致春天转的慢,秋天转的快。潮汐摩擦导致越转越慢,据推算,二亿年后,一年仅有三百天,镇日会变成三十幼时。

  同时地球以每秒29.79公里的速度,沿着一个椭圆绕着太阳公转,走完大约9.4亿公里的一圈路程要花365天又5幼时48分46秒,即大约一年。地球离太阳平均1.5亿公里。每年1月初近日点跑得快,7月初远日点跑得慢。由于公转轨道是一个椭圆,且太阳并不在椭圆中间位置,于是地球上的一年四季不相通长。

  由春天到秋天,公转速度较慢,必要186天多,长于全年的一半,此时是北半球的夏半年和南半球的冬半年;由秋天到春天,速度较快,必要179天,短于全年的一半,此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。

  地球想要漂泊最先要中止地球的自转,每个走星发动机经过“烧石头”产生的重核聚变不妨产生150万亿吨的推力,产生的添速度是0.000000025 米/秒。在赤道附近的转动速度大约就是每秒460米。当1万台发动机同时最先做事,必要218569天(大约600年)的时间才不妨让地球中止。

  一旦地球中止自转,最先每一个白天和夜晚将赓续半年,甚至是由于被太阳引力锁定,一壁永久是白天,一壁永久是夜晚。其次,由于惯性作用,大气层赓续行动,会产生剧烈飓风,另外,引力导致海水上涨,带来重大潮汐。

  知识点四:如何在地下城生活?必要克服哪些难得?

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  在漂泊的旅途中,人们都生活在位于地下5公里处的地下城中,地下城必要考虑生存居住的必须条件。

  最先是地下城的温度题目,地壳向下每公里地温添添25-30℃,于是地下5公里,地温约略是125-150℃。推想修筑地下城最必要的,是制冷设备吧。

  第二是通风题目,高质量的空气是室妻子员健康的保证。对于室内永久低浓度的污浊,人的肌体异国招架手法,被动的吸入多多污浊物而损坏健康,经过技术均衡空气中氧气、二氧化碳、悬浮颗粒等成分。

  第三,由于水资源有限必须设计好水循环编制。给水、排水编制构成一个闭路循环的用水编制,将产生的废水,经正当处理后重复行使,不补充或幼批补充奇怪水,而不排放或少排放废水的用水方式。第四,人工光源为农作物挑供光配相符用的必须条件。光荷载作用是指绿色植物行使太阳的光能,搀杂二氧化碳和水制造有机物质并开释氧气的过程。光配相符用所产生的有机物重要是碳水化相符物,并开释出能量。

  末了,电影中的美食蚯蚓干,并非难以批准,蚯蚓其实是一栽营养专门雄厚的食物。蚯蚓干中含有54.6–59.4%的蛋白质,富含所有的必需氨基酸,属于优质蛋白,它的氨基酸构成甚至优于牛奶、豆浆和一些鱼类。

  一旦居住在地下,地球中止自转逃离太阳,那么吾们熟识的四季更替将不再存在。四季的形成是由于地球的自转轴与地球绕太阳公转面之间有一个夹角(23°26′),当地球绕太阳公转时,太阳直射到地球的位置在南回归线到北回归线之间。太阳直射时,地球外面获得的炎量高,气温高,为夏日;反之,太阳斜射时,地球外面获得的炎量低,为冬季。当地球中止自转并且脱离太阳系,想要看到四季景色只能经过模拟屏幕来实现了。

  地下城并不是易如反掌,还有一些危险必要吾们保持警惕。最先是岩浆,岩浆产生于上地幔和地壳深处,高温浓厚的重要成分为硅酸盐的熔融物质。据测定,岩浆的温度清淡在900-1200℃之间,最高可达1400℃。

  同时必要担心地震。大陆地区地下5公里的地方,绝大局部都是强硬的岩石。在这边修筑地下城,由于是嵌固在四周的地壳岩石中的,于是在地震发生时收到的地震推翻力矩相对地面的建筑物要幼的多,从建筑的结构抗震来讲相对容易知足请求。同时考虑是否有活动断层穿过,活动断层不光与地震的发生有关亲昵,而且断裂的活动对于这些地下结构及建筑物的安然会产生致命地损坏。

  知识点五:光速原形有多快?

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  光速原形有多快?先来看一下,吾们以身边的交通工具的清淡速度:汽车速度平均60公里每幼时,火车速度300公里每幼时,飞机速度900公里每幼时,火箭速度4.2公里每秒,宇宙飞船速度70公里每秒,光速则达到了300000公里每秒,相等于吾们高铁速度的3600000倍。

  当飞走速度达到7.9公里每秒,即达到第一宇宙速度,这时不妨环绕地球飞走,成为地球卫星。当速度达到11.2公里每秒,即达到第二宇宙速度,这时不妨脱离地球,成为环绕太阳行动的“人工走星”。当速度达到16.7公里每秒,即达到第三宇宙速度,不妨飞出太阳系。当速度达到110到120公里每秒,即第四宇宙速度,不妨飞出银河系。而第五宇宙速度是航天器从地球发射,飞出本星系群的最幼速度。由于本星系群的半径、质量均未有优裕正确的数据,于是无法推想数据大幼。

  地球距离目标地半人马座比邻星4.22光年。光年是长度单位,并不是速度单位,是光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间的距离,清淡被用于衡量天体间的时空距离。常见的客机时速大约是每幼时885千米,如许飞1光年则必要1220330年。地球到太阳距离0.0000158光年;地球到天狼星距离8.6光年;地球到银河系中间:2.6万光年,银河系半径约为7000光年。按引力影响算,太阳系的半径可达2光年,按冥王星的轨道为边界,半径是59亿千米,直径是118千米(约0.00025光年)。

  人类最快的飞走器-旅走者1号,速度大约为17千米/秒,6幼时即可抵达月球,贵阳清洁公司37天抵达火星,101天抵达太阳,17亿6千4百万年横穿银河系。以人类此刻科技程度尚不及以进走光速飞走。存在两大节制。

  第一,根据狭义相对论的质量公式,行动物体的质量会比它静止时更大。越亲昵光速,质量越亲昵无限大。

  第二,当给一个物体添速时,所施添的能量有一局部会转化成物体的质量,更大的质量会进一步窒碍添速。最后无限亲昵光速就必要无限大的能量。异日吾们有不妨经过曲率飞走达到光速飞走,行使曲曲空间的弹性推动飞船高速前走,只要调节空间拉伸与曲曲程度即可几乎无节制地添添速度。

  知识点六:为什么要去比邻星定居?

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  要晓畅离太阳系近来的恒星——比邻星,最先要晓畅太阳系所处的银河系。在可不都雅测的宇宙中,星系的总数不妨超过1千亿,最迂腐的距今135.5亿年,最大的星系距地球大约10.7亿光年,直径560万光年,相等于银河系直径50多倍。

  银河系中包括1200亿颗恒星和大量的星团、星云,还有星际气体和尘埃,太阳系就位于银河系中。银河系直径约有10万光年,总质量约为太阳质量的1400亿倍。银河系是中间厚、边缘薄,呈扁平状,清淡吾们看到的银河其实只是银河系的一局部,位于天鹰座和天赤道相交处。

  在北半天球,它经过天鹅等星座,跨入天赤道,再去南经过南十字、天蝎、人马等星座。银河系是重大的棒旋星系,其内的恒星、气体和尘埃平分布成漩涡状,这栽旋涡被称为旋臂,太阳系位于猎户臂内,人马臂和英仙臂之间。

  在前线介绍的“知识点一”中,吾们介绍了太阳系的八大走星,在八大走星之外,太阳系还存在着许多其他的星体。漂泊地球要想从太阳系飞走到比邻星,还必须经过太阳系边缘的柯伊伯带和奥尔特星云。

  柯伊伯带是一个由像彗星相通的天体构成的环,这些天体由岩石、冰河尘埃构成,位于太阳系的终点。奥尔特星云是大约50亿年前形成的星云,围困着太阳系,布满了不活跃的彗星,距太阳约50000至100000个天文单位,差不多等于一光年,即太阳与比邻星距离约四分之一。

  比邻星所在的半人马座共有三颗恒星,除了比邻星还有南门二A星和南门二B星,它们都要比比邻星大的多。南门二A星与南门二B星都是黄低星,之间距离23个天文单位,比邻星则是一颗距离较远红低星,南门二B星距离比邻星12000个天文单位,相等于0.2光年,这三颗恒星构成了半人马座的“三体”编制。

  固然比邻星是距离太阳系近来的恒星,但太阳系距离比邻星也有4.22光年,距离南门二A星则有4.24光年。如此迢遥的距离,从太阳系飞走到比邻星,倘若用此刻人类最快空间飞走速度26.4万千米/幼时的飞走,总飞走时间要1.7万年,而倘若能采用《漂泊地球》电影中设定的地球走进的速度最快时可达光速的千分之五计算,总飞走时间也要2500年。

  末了,吾们比较一下太阳和比邻星,太阳处于主序星阶段,视星等为26.74 等(视星等是用肉眼看到的星体亮度,它的数值越幼亮度越高,反之越黑),直径有140万公里,质量2*10^30千克,年龄46亿岁,温度外面约5700℃;比邻星是一个红低星,视星等为11等,比太阳要黑许多,直径约为太阳的1/7,质量约为太阳的1/8,年龄48.5亿岁,外面温度约为2800℃。此外,天文学家已经发现比邻星拥有一个围绕其旋转的走星,比邻星是否适配相符为新的太阳,还必要回答许多的题目。

  知识点七:地球漂泊计划是否可走?

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  电影中漂泊地球计划分为五个阶段,刹车阶段,逃逸阶段,先漂泊阶段,后漂泊阶段,新太阳时代,每阶段都会面临各栽厉峻的挑衅。

  阶段1刹车阶段中,走星发动机使地球中止自转。

  阶段2逃逸阶段,全功率开动走星发动机,添速驶出太阳系。为什么选择带着地球逃逸?由于距离太阳系近来的比邻星异国走星,而且近来的有走星的恒星系在850光年外,同时现有技术下人类不具备建造大型、安详的生态编制技术,于是只能带着地球一首逃逸,追求新的家园。

  阶段3先漂泊阶段,行使太阳和木星完善添速,驶向比邻星。由于质量越大的天体动能交换越多,木星的质量约为地球的318倍,是太阳系中质量最大的走星,而且是正当地球进走引力助推的走星中,距离地球近来的走星,于是选择木星进走添速。行使走星的引力,来转折飞走轨道和速度,即引力弹弓效答。木星公转速度大约13千米/秒,当地球经过木星后,抛开地球发动机带给地球的额外速度叠添,地球获得的速度将起码达到55.8千米/秒,足以完善逃离太阳系。

  在亲昵木星的过程中,地球被木星捕获,发生木星坠落,地球差点解体,这是是由于当两个天体的质量和强度存在迥异并且距离优裕近时,质量较幼强度较弱的天体就会被另一个更大天体的潮汐力拉扯解体,该极限距离就是洛希极限。而地木的刚体洛希极限约为6.27万公里。电影中,地球大气与木星大气相距7万公里,于是实际情况下木星的引力并不会把地球撕碎。

  电影中经过点燃了木星逃离了木星的控制,而实际上木星是一颗气态走星,大气中氢含量高达90%,抽取了大量地球氧气后和木星的大气中的大量氢气混相符,具备燃烧3个必要条件:爆炸所需的氢气的浓度在4%-70%,但过低的氧气含量依旧无法点燃火星。

  阶段4后漂泊阶段,行使500年时间将地球添速到光速的千分之五,然后滑走1300年;然后调转发动机,行使700年进走减速。

  阶段5新太阳时代,地球泊入比邻星轨道,成为比邻星的卫星。

  整个逃逸的过程中,吾们发现地球的好友人玉环并异国跟吾们一首走,这是由于地月引力让地球无法以一个相对静止的状态向挺进取,逃离过程中倘若月球还陪同地球,那么月球就必须保持同速,否则推进器的做事量就要再添上整个月球,两者的速度倘若有迥异,就会展现月球和地球相撞的不妨。

  知识点八:人类实在的空间站

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  《漂泊地球》电影中“领航员号”空间站被设计成圆形,这栽形状是具有肯定科学依据的。第一,圆盘状空间站赓续旋转,不妨模拟地球重力和倾向感。第二,在向外离心力作用下,不妨将空间站的外围当作地面,在空间站走家走站立。

  而此刻吾们实在的空间站并不是一个圆形结构,而是像积木相通搭建首来的仓储式设计。空间站以美国、俄罗斯为首,共16个国家参与研制,集积木式和桁架挂舱式构型于一体。每个航天员每年需由地面送去658千克食品、209千克服装。

  国际空间站上的宇航员重要凝神于以下几大类钻研。第一,对天不都雅测钻研,重要钻研宇宙射线,亚原子粒子等重要新闻,对影响地球环境的天文事件(如太阳耀斑、黑条爆发等)做出快速响答。第二,对地不都雅测钻研,行使可见光、红外、高光谱和微波等探测手法,对人类生存所倚赖的地球环境及人类活动自己进走的各栽探测活动。第三,原料科学钻研,这是一门钻研在高真空、超雪白、微重力空间环境条件下,原料添工过程的物理规律、原料添工生产及工艺的科学。第四,重力生物学,经过多栽参数来判定重力对航天员身体的影响,可挑高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的钻研程度。

  此刻太空中运走的探测器,吾们不妨分为三大类。第一类是飞经某一走星的探测器。比如,旅走者一号迄今为止人类飞得很远的飞走器,现处在距离太阳211亿公里以外的地方,以每秒17公里的速度逃离太阳系,曾到访过木星及土星,是挑供卫星高解像清亮照片的第一艘航天器。第二类是环绕走星运走的探测器,如太阳神1、2号,它们安放在太阳椭圆轨道上,用以钻研太阳活动。太阳神2号飞抵太阳近300万千米,创造了0.29天文单位(或4343.2万千米)的距离记录。第三类是在走星上着陆的探测器。海盗1号和2号1975年在火星外面柔着陆成功,40分钟后就将第一张火星彩照发回地球。它们别离在火星上做事了六年和三年,对火星进走了考察和拍照,共发回五万多幅火星照片,分辨率高达200米。

  知识点九:空间站如何与地球进走通信?

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  在这一局部,吾们以宇宙空间飞走器与地球的通信为背景,重点介绍无线电通信以及空间站与地球间的通信。

  最先吾们先来晓畅一下常见的电通信方式,根据信号传输方式的迥异,不妨分为有线电通信和无线电通信。有线电通信是行使导线传输新闻的方式,分为明线通信、电缆通信和波导通信,保密性好、安详,不易受作梗;无线电通信则是行使无线电波传输新闻的通信方式,机动性好,但担心详易受作梗,易被截获。卫星通信则行使人工地球卫星行为中继站来转发无线电波而进走的两个或多个地球站之间的通信。具有隐瞒范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便敏捷等益处,是竖立全球幼我通信必不可少的手法。

  卫星通信编制是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两局部构成。同步通信卫星是此刻全球卫星通信编制中最常用的星体,是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上,使卫星运转倾向与地球自转倾向相反,并首终和地球保持同步运走状态。同步卫星天线波束最大隐瞒面不妨达到大于地球外面总面积的三分之一。

  因此,在静止轨道上,只要等阻隔地安放三颗通信卫星,其天线波束就能基本上隐瞒整个地球(除两极地区外),实现全球范围的通信。无线电通信中所行使的无线电波是电磁波家族中的一员,无线电波的波长越短、频率越高。无线电波在真空中的速度等于光在真空中的速度,由于无线电波和光均属于电磁波,无线电波在空气中的速度略幼于光速。说相符国教科文卫构造把每年2月13日定为“世界无线电日”。

  基于上述的知识,吾们商议一下“领航员号”空间站与漂泊中的地球通信的不妨方式。在《漂泊地球》电影中“领航员号”空间站是负责导航、预警和通信保障的。它的局部功能相等于通讯卫星。根据电影中的设定,空间站在正对地球南极10万公里远的前线领航。下面列出了几栽通信方式。

  方式1:直接通讯,空间站与人类居住的北半球直接经过无线电波通信。但无线电波无法从南半球穿过整个地球到达北半球。故无法实现。

  方式2:卫星通讯,空间站与人类居住的北半球经过中继卫星转发实现通信。但由于地球处于漂泊之中,此刻的卫星已无法实现与地球同步,故无法实现。

  方式3:超级基站,空间站与南极附近的地面超级基站实现通信,在经过地面基站的转发到达北半球,具有可走性,实现地面中继转发的基站要具有极强的组网通信功能。此刻,正在研制的超级基站比传统基站服务能力升迁1千倍、资源行使效果升迁1千倍。

  传统蜂窝接入重要隐瞒“人”,而超级基站不妨声援千亿物端的广隐瞒、高移动的随遇接入,设备接入能力挑高1百倍,隐瞒范围从20%的地面,扩展到100%的空天地海,甚至向外太空及星际互联延迟。于是超级基站将有不妨被行使于异日的空天地通信领域。

  知识点十:如何进走星际通信?

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  宇航通信是指以宇宙飞走器或天体为对象的无线电通信。包括宇宙飞走器之间的通信、地球站与宇宙飞走器之间的通信,以及地面上地球站之间经过宇宙飞走器转发或反射进走的通信。

  比如吾们的走星探测器“好奇号”正在火星上做事,火星距离地球5500万公里到4亿公里,“好奇号”探测器信号传输单向传输用时14分钟意味着此刻的距离是1.54亿英里。

  “好奇号”的主板上有三个无线电编制。其中两个处于7-8GHz的X波段,以60bps至12kbps低数据率将信号传输回地球,重要负责批准指令。第三个是数据调制解调器,运走频率亲昵400MHz,和绕火星的卫星进走通信。用于将数据转发到地球,它的数据率更高(约为128kbps)。近来升级“漫游者”也只能实现每秒仅大约256千比特的数据传输速率。

  同时为了批准通讯新闻,吾们搭建了深空网(DSN),一个隐瞒全球的巨型测控站网络,用以批准通讯新闻,开展走星际探测。深空网包括设在美国添州,西班牙马德里和澳大利亚堪培拉的3座经度阻隔120度的大型测控站,保证随着地球的转动,依旧不妨对目标保持不中止的监控。

  吾们想要有关上空间站必须知足三个条件。条件1,空间站在联相符个地区天空中中止10分钟旁边,只有在这段时间不妨有关上。条件2,空间站无线电传输信号频率为145.80MHz,这是同空间站通讯的波段。条件3,2米旁边天线保证信号不妨完善发送授与。

  在太空钻研中,太空舱内有气体,宇航员不妨面迎面言语交流。而声音的传播必要介质,在真空中不克传播,于是在太空舱外要靠无线电来对话交谈。

  在太空中漫游的探测器想要同地球有关上就没那么容易了。旅走者1号距离地球超过210亿公里,装配了永久朝向地球的22.4瓦高添好发射器,选择作梗较幼的8GHz的无线电频率。每一次通讯,无线电信号都要经过17个幼时才能传回地球,只能以每秒160比特的速度缓慢地传回数据,传一张照片不妨都要几相等钟。当信号到达地球时仅有十亿亿分之一瓦,口径70米的射电看远镜才能搜集到优裕强的信号。由于旅走者携带的两枚核电池电量也不是许多了,而且最多将赞成到2025年就会彻底关闭并失踪有关。

  吾们把范围再次放大,想要实现星际间的通讯,比如从距离太阳近来的恒星(比邻星,约4.22光年)向地球发送功率一瓦的信号,必要一座口径超过50公里的射电看远镜才能授与到。

  上面经过10个知识点,尝试着回答了至交们最关注的一些题目,憧憬能对行家有所协助。在本文讲解图绘制的过程中,得到了许多行家和至交们的大力声援,在此外示由衷的感谢。

  接下来吾会和吾的科学助手一首挑选10个经典科幻电影,选择隐瞒宇宙空间、物理、量子、生物新闻、人工智能、芯片、机器人等多个方面的100个知识点,经过手绘的样式,向青少年介绍科学知识,对影片和知识点的选择也会进一步征集网友至交们和孩子们的偏见。

  吾首终认为“做科普的回报,就是让更多地人清新”,坚持画下去必要普及至交的大力声援和赓续关注,力争做成孩子们必要并爱的科普读物,赤心憧憬能经过吾们的全力,不妨在孩子们心中栽下一颗科学的栽子,有朝一日不妨发芽。

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