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空间站为什么只飞400公里高,就不能再飞得高一点吗?

作者:答案在这儿

无论是大陆的天宫空间站,还是超期服役的国际空间站,它们距离地面的高度都只有400公里。

不止是空间站,很多人造的飞行器,只要围绕地球转,那么轨道高度都有一定的限制。

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空间站对接

理论上人类可以在地球引力范围内的任何高度飞行,但世界上人类做不到。

究竟是什么神秘的力量,将航天器的飞行高度限制在了一定范围,我们为什么不能飞高一点?

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国际空间站

400公里的极限

空间站为什么飞行的高度只有400公里,这还要从地球的磁场以及范艾伦辐射带说起。

我们能生活在地球上,得感谢地球的两样东西,一个是大气层,另一个就是磁场,少了任何一个都不行。

指南针就是利用了地球的磁场,因为我们的地球就是一个大磁铁。

地球的磁场来源于地球内部的核心——地核,我们的地球可是“铁石心肠”,越往里走,物质密度就会越大。

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地球的内部

在地球内核,温度达到了4000到6000℃,这已经和太阳表面的温度相差无几。

为何地球的内心的这么炙热?由于人类无法深入地心,因此只能对其的形成进行猜测。

整个太阳系都是由星云演化而来,星云里面含量最多的是氢原子,可以毫不夸张地说,太阳系是氢原子聚合而成的。

但是,氢原子的聚合反应也是有程度的,从氢开始,按照化学周期表的顺序依次形成,进行到铁原子后,自然发生的核聚变就已经到头。

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地核是地球最炽热的地方

地球最初也是由一团星云物质构成,除了自身吸引来一些物质,大部分的物质是原始星云的聚合的产物。

所以,地球内核由大量的铁、钴、镍组成,巧合的是,这与我们常说的磁铁含量相似。

地球的内核正在进行聚变、裂变反应,磁能是它产生的能量之一,如果哪一天地球内核冷却,那么地球磁场的强度会削弱。

要说太阳系最大的核反应堆,地球的内核还算不上什么,太阳才是。

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太阳是巨大的核反应堆

我们看到的太阳光只是它最温柔的一部分,真正的太阳是残暴的,它每分每秒都在朝宇宙中发射高能粒子束,它们就是太阳辐射主要来源。

这些高能粒子束们还有一个名字“太阳风暴”,因为能量巨大犹如风暴入侵。

看看火星表面就知道太阳风暴的可怕,上面红色的土壤,全部来自于太阳风暴轰击火星的岩石,岩石被生生地搓成了土壤。

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太阳的表面

这些粒子带电,因此遇到磁场就会发生偏转,当太阳风暴进入地球的磁场,它们发生偏转,没有直接到达地球的表面。

地球躲过了风暴的袭击,大地上的一切才相安无事。

这些粒子偏转之后,并没有马上离开地球,而是在地球的周围形成了粒子带,因为是科学家詹姆斯·范·艾伦发现的,因此叫做范艾伦辐射带。

这个粒子带还分层,一共有三层,距离地球最近的一条辐射带在1500到5000公里的太空中。

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磁场抵挡太阳风暴

辐射带内全是太阳风暴的粒子,如果人类的飞行器进入,那么就会被这些粒子轰击,信号也无法传回地球。

范艾伦辐射带并不是一个固定的值,它是会变化的,NASA曾经检测到最内层的辐射带距离地球最近时只有650公里。

而第三层辐射带会因为外来的粒子而被摧毁,只存在仅仅4周。

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范艾伦辐射带

除了太阳的粒子束,地球还要承受太阳系之外的辐射,比如伽马射线,地球磁场也是一一化解。

空间站必须时刻与地面保持联系,因此不可能飞到范艾伦辐射带里面,为了安全起见,将它的飞行高度限制在400公里。

其实不光是空间站,除去专门去研究范艾伦辐射带的飞行器,其他的卫星都要控制在400公里以内的高度。

所以可以看出,地球所处的宇宙环境那是相当的恶劣,几乎是被包围在了辐射之中。

生命能够存活,离不开磁场。

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变化的磁场

可是,地球的磁场也是会变化的,它不是一颗固定的大磁铁。

地球磁场的变化主要体现在两个方面,第一是磁场的强度,第二是磁极的位置。

首先我们来看磁场强度,地磁的强度一般是在0.5到0.6高斯,不过在地球的某些地区,强度会低于或者高于这个范围。

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地球的磁场

主要原因在于,地球的内核不一定是均匀的,地磁强度也与地壳表面的地形有一定关系。

地磁强度最强的,必然是高纬度地区,这里也能能够看到由太阳高能粒子束组成的极光。

而在非洲与南美洲之间,存在着一个地磁偏弱的区域,被称为南大西洋异常区。

根据大航海时代的文字记载,科学家们复原了同一地点的磁场变化,发现在160年的时间里,南大西洋异常区的地磁在减弱。

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南大西洋异常区

不止是南大西洋,北美洲的地磁强度在10万年的时间里减弱了大约50%,这里面除了地磁强度自己的变化,还有地磁磁极的移动。

在地壳的化石里面,有一些特殊的“指南针”,它们是远古时期的贝壳、树木,身上的纹路生长与地磁的方向有关。

古生物学家们通过研究这些纹路,发现地球的磁极每隔78万年,就会发生一次颠倒。

这也是为什么明明位置上是北极,但是地磁上却是南极,因为我们现在正处于更换磁极的过程中。

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贝壳的纹路可以判定磁场的方向

在大约200年前,北极点在加拿大地区,现在已经转移到了西伯利亚地区,之后它将一路向南。

地磁南北极的周期调动,并不会影响地球的防御机制,它依旧会抵挡太阳风暴,只是看极光的位置会发生变化。

未来的某一天,当磁极南移到中国,大陆就会是世界上最好的极光观测点。

当磁极来到了赤道,那么非洲草原的夜空不仅仅有繁星,还有极光。

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美丽的极光

如果磁极按照78万年的周期进行变化那么不会引发灾难,人们最担心的是地磁突然发生南北对调,这才是最可怕的。

南北极突然对调,会引发人类通讯的混乱,候鸟的乱飞,以及大气层粒子的紊乱,这个变化来得太快,由不得大家适应。

因此,地磁的突然颠倒会引发严重的生物大灭绝,不过在所发掘的化石中,并没有发现磁极一瞬间互换的证据。

地球南北极对调,目前仅限于假设。

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地磁极南移,以后北极会看不到极光

空间站调整

空间站的飞行高度,并不是一成不变的,它也会根据自身的情况进行调整。

要移动这么一个大家伙,想必要用很大的推力吧?事实恰好相反,推动空间站运动的推进器,它的力只有零点几牛顿,只够推一张纸。

因为宇宙是真空的,没有阻力,只需轻轻一个力物体就能运动,哪怕之后撤掉了这个力,物体都会一直保持之前的运动状态运动,牛顿说了,这叫惯性。

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太空中的推进器

空间站不可能在400公里的高空一动不动,它会调整自己的位置,以便接受更好的信号,甚至会离开预定的轨道。

当然,离开预定轨道也是迫不得已,毕竟离地球最近的威胁不是范艾伦辐射带,而是人类自己制造的垃圾。

在太空中,有超过1亿块垃圾在和空间站一起飞,这拥挤程度都快赶上上班的地铁了,难免就会发生碰撞。

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太空垃圾就是定时炸弹

可别小看了这些垃圾,它们的速度在一秒几公里的状态,轻轻一个撞,说不定就可以让空间站报废。

为了保护几十甚至几百亿的空间站,必须躲避这些垃圾。

有的时候情况紧急,空间站会使用额外的燃料启动躲避,成本非常贵,但是贵也要用。

国际空间站算过这个账,每年使用的额外燃料是10亿美元,但是空间本身就耗费了上百亿美元。

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宇航员进行太空行走

这样算下来,花大价钱躲垃圾,比被垃圾撞要更划算。

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