馬德堡半球在太空裡能輕鬆拉開?NASA:不一定,我們有失誤的經歷

2020-12-03 科學新視界

關於大氣壓的知識,有點物理知識的人應該都清楚。大氣壓的發現者是託裡拆利,名氣不算大,不過他的老師卻十分出名,他是伽利略。伽利略認為科學理論需要實驗來證明,他本人就認為空氣有重量。受到老師的影響,託裡拆利製造出了初代版本的氣壓計,測量出了大氣壓的值,也將他的發現公布了。

能接受大氣壓存在的人卻不多,有些人深受亞里斯多德的影響,亞里斯多德曾經說過,世界萬物除了空氣和火之外都有重量,他們還不太能接受託裡拆利的理論。格裡克知道後感到很奇怪,為什麼沒人相信,是因為他們沒有親眼看見實驗嗎?於是,他決定親自來做實驗,讓大家接受大氣壓的存在。

格裡克準備了兩個直徑36釐米的空心銅半球,兩個半球之間墊上橡皮圈,再往裡面灌水。滿了之後再把水抽出來,這樣球體裡面就是真空環境了,大氣壓將兩個空心銅半球緊緊的貼合在一起。格裡克試了一下,沒拉開,又找來幾個壯漢,依然沒有拉開。

最後,格裡克召集人手,弄來了16匹駿馬,分成兩隊,從兩邊開始奔跑,這才拉開了兩個半球。現在我們知道,根據大氣壓的值,估算出拉開馬德堡半球大約需要2萬牛頓。馬匹的力量可比人大多了,拉力在1500牛頓左右,16匹馬自然可以拉開馬德堡半球。舉重運動員在經過訓練後,力量是可以接近馬匹的拉力的。

對於普通人來說,只能拉開小型的馬德堡半球。大型馬德堡半球承受的大氣壓普通人是拉不開的,那要是在太空中就沒有擔心的必要了,我們可以在輕鬆拉開馬德堡半球,太空中可沒有地球的大氣壓。

不過在太空拉開馬德堡半球,有可能出現一種特殊情況,那就是冷焊,光滑的金屬物質在太空中接觸,都有可能出現冷焊現象。NASA於1989年發射了伽利略號木星探測器,還配備了核動力裝置,總投資超15億美元,是NASA的得意之作。伽利略號探測器升空不久,地面指揮站就發現了一個問題。

原本應該打開的高增益天線怎麼也打不開,它的功能是負責傳送數據和圖像,NASA就指望它來獲得木星的詳細數據了,現在打不開,整個木星探測計劃都要大打折扣。多次調試無果後,NASA決定更改數據傳送的算法,勉強解決了。伽利略號木星探測器的高增益天線,實際上是發生了冷焊現象。

金屬表面是光滑又清潔的,到了太空,相當於從地球大氣來到真空環境。本來的原子級別的清潔程度發生了異常,有些原子鍵會融合在一起,形成閉合結構,打不開了。這種天線採用的材料和打磨手法都是頂級的,但到了太空,還是不能避免冷焊現象發生。

為了有效解決這種情況,保證探測器不受損傷,NASA在後面的探測器上都添加了一層薄膜,主要材料是三氧化二鋁。三氧化二鉻等材料也能有效保護金屬層,降低冷焊現象發生的概率。有了這次失誤的經驗,NASA在後面的探測器身上都增加了一層保護膜。同理,馬德堡半球在太空中也有可能出現冷焊現象,兩個半球粘合在一起,能不能拉開還真不一定。

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