太空旅行指南

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。

精彩书评

这是关于太空旅行的深入挑战。对太空探索感兴趣的人,都有必要理解这些问题。《太空旅行指南》在太空全貌、空间旅行、往返指导方面都有借鉴意义,同时,它挑战了人的生理和心理。

——罗伯特·盖勒(Robert Gelle)

目录

前 言 VII

第一部分 准备工作

第1章 科学和太阳系面面观

小行星 011

彗星 019

电磁辐射 028

万有引力 031

第2章 太空旅行素描

亚轨道飞行 038

绕地轨道飞行 041

飞向月球 045

飞向小行星和彗星 047

飞向火星及其卫星 051

第3章 为旅行做准备

行前筛查 060

法律和保险问题 062

第4章 太空旅行训练

极限加速度 071

微重力 074

低气压 077

宇航服 078

太空飞行、航天器和外星表面模拟 080

洗手间技能 082

第二部分 适应太空环境

第5章 发射!

亚轨道飞行 088

进入轨道 090

第6章 最初几天的调整

视觉和运动技能 095

体液重新分布 097

营养和消化 098

增高 101

第7章 长期生理调整

让身体适应微重力 105

昼夜交替和昼夜节律 112

睡眠干扰 114

太空辐射 123

太空里的撞击 129

第8章 在太空中与人相处

筛选的重要性 149

出现严重心理健康问题的概率 151

群体的互动 153

压力 164

幽闭恐惧 171

失神状态 172

害怕辐射 173

感官侵袭 174

无聊和士气 178

遵守规则 192

第三部分 充分体验太空

第9章 经历太空万象

太空摄影 199

亚轨道飞行 202

环地空间站和更遥远的目的地 206

太空天文学 213

太空行走 215

在旅途中工作 216

太空性行为 217

返回地球 219

月球 219

100 米 246

前往小行星、彗星和火星的卫星 252

访问火星 261

第四部分 家!佳?家?

第10章 移民火星还是返回地球

移民火星 303

返回地球的太空旅行者 317

附 录 329

作者注 333

精彩书摘

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。

前言/序言

前言

早在几千年前,为权贵们组织旅行的业务就已在世界各地开展,包括埃及、希腊和中国。随着 15世纪“中产阶级”的形成和印刷机的出现,人们制订和实施旅行计划的能力显著增强,越来越多的人加入了旅行者大军。时至今日,每年有超过 10亿人外出旅游度假。

人类首位自费太空游客是美国企业家丹尼斯 ·提托。2001年,他到国际空间站( International Space Station)度过了为期 8天的假期。截至 2016年 6月,已有 7名自费游客进入太空,其中包括已经进入太空两次的美国亿万富翁查尔斯·西蒙尼。这些人的目的地都是环绕地球运行的国际空间站。

数十年来,一些国家以及欧洲航天局( European Space Agency)等国际联盟一直在参与太空探索技术的开发和应用。现在,私人企业也在积极开发太空旅行硬件。那些具有远见卓识的企业家渴望参与殖民月球和火星,进军即将蓬勃发展的太空旅游业。

一个人进入太空之后,生活的方方面面都会发生改变,从移动和饮食这样的日常活动,到人体如何运行,再到性行为方式,都会不一样。我们已经向月球、火星和它的两颗卫星、小行星以及彗星发射了探测卫星,它们拍摄的图像显示,每颗星球都有自己独一无二的特征,甚至有很多特征,我们在地球上闻所未闻。因此,人们在这些星球上的遭遇将不同于地球上的经历。《太空旅行指南》就是想让对太空旅行感兴趣的人更多地了解我们生存的这片宇宙,了解太空旅行者将要面临的机遇和挑战。

本书基本不涉及数学,只是偶尔用到“ 10的 n次方”和牛顿第二运动定律公式 F= ma(F是力, m是质量, a是加速度)。我也会解释为了理解太空“有什么与为什么”所必需的科学知识。本书收录的各种太空挑战均来自我为写前一本书——《太空旅行的危害》(The Hazards of Space Travel)—所做的调查研究。我要感谢我的经纪人路易斯 ·凯茨( Louise Ketz)处理与本书相关的商务事宜,感谢我的编辑帕特里克 ·菲茨杰拉德(Patrick Fitzgerald)为本书润色,感谢瑞安 ·格罗恩迪克( Ryan Groendyk)帮助组织本书使用的数据和其他素材,感谢安德鲁·韦斯特( Andrew West)教授严谨的编辑,感谢我的教科书出版商弗里曼出版公司(W. H. Freeman & Co.)允许我使用那些教科书中的图片。我还要特别感谢我的妻子苏( Sue),感谢她在我写书期间始终保持耐心,也感谢她以一名英语教授的眼光仔细审阅了我的手稿。

 

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书名:太空旅行指南
作者: [美]尼尔·F.科明斯
译者:宋阳
出版社:中信出版集团
ISBN:9787508699158
豆瓣评分:8.5
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