小学语文【百科探秘】之航空航天（2024年第10期）书签版

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美术编辑　刘峙岩　　　　　责任校对　肖婷婷 　　　　　 国际标准刊号: ISSN 1003-7349 国内统一刊号: CN 12-1428/N 主管:天津出版传媒集团有限公司 主办·出版:新蕾出版社（天津）有限公司 编辑:《百科探秘》编辑部 地址:天津市和平区西康路 35 号 1316 室 邮编: 300051 编辑部电话: (022)23332673　23332418 投稿邮箱: tanmi65@126.com 印刷:天津新华印务有限公司 发行范围:国内外公开发行 订阅处:全国各地邮局　　邮发代号:6－5　　 出版日期:10 月 15 日　　　定价: 12.00 元 书刊营销中心电话: (022)23332351　23332676 广告经营许可证: 120101000026158 本刊作品版权归新蕾出版社（天津 ）有限公司所有， 未经许可，不得转载、摘编。 新蕾出版社期刊中心优秀期刊群 《百科探秘》 《作文通讯》 《小学生作文》 《童话王国》 《艺术启蒙》 《奇妙博物馆》　　 详见新蕾出版社网站 www.newbuds.com.cn 16 走近古埃及人的“飞行器”（下） 19 施展悬浮魔法 22 太空电梯， 距离现实还有多远？ 4 嫦娥六号：发现月背的 真实面貌 11 嫦娥六号：智力爆表的 月球探险家 嫦娥家族探月任务大盘点 目 次 48 冲关我最棒 25 诗词中的天文学 　　　——方知岁星改 30 张钰哲：现代天文学事业的重要奠基人（下） 33 10 月天象预报 34 汪望望望远镜指南 36 鹰影影天文摄影指南 41 开往月球的云轨（中） 38 雷雨之后 版权声明 来稿凡经本刊采用，如无电子版、有声版方 面的特殊说明，即视为投稿者同意授权本刊及本 刊合作媒体进行信息网络传播发行。本刊支付的 稿费包括上述使用方式的稿费。本刊拥有改编、 出版已刊发作品的权利，作者向本刊投稿即视为 同意以上约定，若有异议请事先说明，以便本刊 酌情处理。本刊作品版权归新蕾出版社（天津）有 限公司所有，未经许可，不得转载、摘编。 因部分图文作者联系方式不详，请见刊后速 与我社联系，以便寄奉稿酬。 投稿须知 本刊各栏目欢迎读者投稿， 来稿不退，敬请作者自留底稿，一 个月内如未收到采用通知，稿件请 自行处理。作者须保证作品的原 创性、科学性和知识准确性，不 得抄袭、剽窃，切勿一稿多投。 ●中国航空学会单位会员 ●中国科普作家协会单位会员 ●中国科普期刊研究会单位会员 4 嫦娥六号：发现月背的 真实面貌 11 嫦娥六号：智力爆表的 月球探险家 嫦娥家族探月任务大盘点 嫦娥六号:发现月背的真实面貌 文 / 冯梓洋　图 / 刘擦擦 2024 年 5 月 3 日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭从海南文昌航天发射场发射， 并成功抵达月球南极 - 艾特肯盆地（South Pole Aitken , 简称 SPA）中的阿波罗环形山着陆区， 进行为期 53 天的月球背面采样任务，它的成功引发了全世界的广泛关注。自 2007 年探月 卫星嫦娥一号发射至今，中国探月工程为我们带来一次又一次的惊喜。 ◎嫦娥六号着陆器成功在月面降落 和之前在月球正面实现软着陆的嫦娥五号类似，嫦娥六号在月球背面也实现了软着陆。它 是人类历史上第二个在月球背面实现软着陆的航天器（第一个软着陆的是嫦娥四号，第一个硬 着陆的是因失事坠毁在月背的美国徘徊者 4 号），不仅着陆之后又重新起飞返回地球，还带回 了人类第一次在月球背面采集的土壤样品。这些样品将揭示月球背面的地质构造、月球的演变 过程，甚至会发现新的矿物。看了上述信息，你也许会有这样的疑惑：人类都探索月球这么久了， 为什么才第一次采集到月球背面的土壤样品？为什么以往的探月任务都会避开月球背面？回答 这些问题，得先从月球背面的特殊状况说起。 4 特别策划 “人生代代无穷已，江月年年望相似。”我 国古人很早就意识到了能看到的月球始终只有一 面。造成这一现象的直接原因是地球潮汐锁定。 当月球自转的周期与围绕地月质心的公转周期相 同时，人类只能看到它的正面。以甩链球为例子， 当一个人牵着链球的绳索原地旋转，使链球做离 心运动时，以地面为参考系，链球绕着人做公转 运动并进行自转。当链球转完一圈，回到原来的 位置，它的自转也正好刚满一圈。在这个过程中， 只有一面会一直朝向人。 月背究竟有多神秘？ ◎月背地质高程图 尽管月亮只有一面朝向我们，这并不意味着月背没有任何光照。在月球自转的条件下，月 球各个地方都会被太阳照到。月球正面除了有太阳提供光照，还有来自地球的反射光源，所以 正面接收的太阳辐射会比背面的更多。 ◎潮汐锁定示意图 月球只进行公转示意图 月球进行公转与自转（潮汐锁定） 5 与月球正面不同，月球背面有将近 97.5% 的区域 都是环形山和撞击坑，地表的粗糙程度和地形起伏程 度远高于正面。这些环形山都是月球为保护地球免受 陨石撞击所留下来的产物。有这么多的环形山，为什 么科学家会将着陆点选定在南极 - 艾特肯盆地的阿波 罗环形山呢？ 南极 - 艾特肯盆地是太阳系最大最古老的盆地之 一。在这个盆地内，分布着许多小天体撞击月面留下 地球上的人类真的永远看不到月球的背面吗？ 其实我们能看到的不止是半（50%）个月亮。由于 太阳引力、月球的公转轨道是椭圆形轨道、月球赤 道与公转平面有 6.7°的夹角、观测者的视角受地 球自转变化等诸多因素的影响，我们看到的月球表 面其实比想象的范围要大——我们最多能看到月球 表面的 59%，这种现象我们称之为月球的天平动。 直到人类进入了航天时代，月球背面的一些细 节才逐渐被人所知。1959 年，苏联的月球三号探 测器第一次拍摄到了月球背面的照片，让人类第一 次了解到月背的地质状况。但受到技术和资金的限 制，再加之月背的航天通信受到阻挡、月球远端的 导航信息缺乏，在此后的几十年里，人类对这片神秘区域的了解少之又少。直到 2004 年，中国 探月工程（亦称嫦娥工程）正式启动，我们中国人开始了对月球的全方位探索，当然也包括月 球背面。 ◎苏联月球三号拍摄的第一张月背照片 ◎南极-艾特肯盆地 阿波罗盆地：月背地质 变迁的标本 6 的撞击坑，较为有名的包括奥本海默环形山、阿波罗环形山以及嫦娥四号的着陆地——冯 • 卡 门环形山。这个盆地大致是一个 492 万平方千米的椭圆形，深约 13 千米，约占月球表面积的 12%。它的形成大约是在 43 亿至 45 亿年前——一次猛烈的撞击，在该地区造成了大量熔融物质 和溅射物堆积，形成了现在非常明显的黑色熔岩“海洋”。在这次撞击事件中形成的大型撞击 盆地对月壳、月幔的结构和组成产生了深远影响，月壳和月幔的物质溅射到撞击坑周边，那里 是研究月壳和月幔的理想区域。而阿波罗环形山无疑是其中的典型代表。 阿波罗环形山位于大盆地的东北部，除了有几个较大的平原，月面地势起伏较大，内部还 有数个撞击坑，地质环境非常复杂。与月面其他地方相比，阿波罗盆地大概是月壳最薄的地方了。 它独特的地质结构和土壤成分让嫦娥六号最终选择在这里进行月壤采样。人类通过这些月壤样 品，不但可以分析月球表面的土壤成分，还能了解月球形成初期陨石撞击对月球的影响，以及 推测月幔的成分和地质结构。 南极 - 艾特肯盆地在月球地质演变史中具有很重要的地位。近期，以欧阳自远院士为首的 ◎阿波罗环形山 7 中国科学家团队发表了 1∶250 万的全球首个 高精度全月地质图，展现了极为详细的月球地 质演化信息。这份高精度地质图开创性地将月 球的地质年代划分为了“三宙六纪”。其中的 艾肯纪以南极 - 艾特肯盆地的名字命名。从 月球年代学的角度来看，南极 - 艾特肯盆地 形成于月球岩浆洋凝固、月球刚形成月壳的年 代，是月球由内部动力（岩浆运动、地质构造） 向内外动力（太阳辐射、小行星撞击） 转变 的重要时间点 , 标志着月球艾肯纪的开始。月 球地质图显示，阿波罗盆地是典型的艾肯纪盆 地构造，这片区域可能分布着月球上最古老的 岩石。此前美国的阿波罗计划、苏联的月球号 探月计划和嫦娥五号采集的样品均来自月球 正面，地质年龄大都在 20 亿年至 30 亿年前， 嫦娥六号采集到样品的地质年龄也许将远超 之前样品的地质年龄。从这里采集的月壤样品 能更好地帮助我们了解艾肯纪的地质变迁史。 ◎月球地质图 ◎南极-艾特肯盆地的地质图（粉红色区 域为艾肯纪盆地构造，浅蓝色区域为低 钛、中钛玄武岩） 三宙六纪 冥月宙 岩浆洋纪 距今约45亿~42亿年 古月宙 艾肯纪 距今约42亿~39.2亿年 酒海纪 距今约39.2亿~38.5亿年 雨海纪 距今约38.5亿~31.6亿年 新月宙 爱拉托逊纪 距今约31.6亿~8亿年 哥白尼纪 距今约8亿年 8 纵观 60 多年的人类探月之旅，美国通过 阿波罗计划先后 6 次共带回了 381.7 千克月壤， 苏联通过 3 次月球号任务共带回了 326 克月 壤，中国嫦娥五号带回了 1731 克月壤，嫦娥 六号带回了 1935.5 克月壤。你是不是感到好 奇，人类不惜代价从月球带回月壤究竟有多 大的价值呢？月壤里究竟有什么？ 月壤有几十米厚，土壤结构松散，颗粒 平均大小约为 100 微米。由于其颗粒过细，又 被称为月尘。通过显微镜观察，你可以发现 月壤大致是一些岩屑、角砾、粉末，有时候 我们甚至能发现小颗粒的火山灰，说明它们 都是在早期火山岩浆运动中产生的，而这些 由火山产生的黑色玄武岩在强烈的风化和地 表巨大的温差作用下分崩离析，最终形成了 这种松散的土壤。 从化学的角度来看，月壤的 矿物成分包括斜长岩、钛铁矿、 赤铁矿、二氧化硅等，化学元素 含量比例最高的几种元素是氧、 硅、铁、钙、铝、镁等。其中铁 元素是含量第一的金属元素，这 也就是为什么月面的颜色呈现灰 色。这些元素在地球上都存在， 从另一方面证明了地球与月球物 质的统一性，但并不能证明月球来自地球。 月壤对于人类而言是无穷无尽的宝藏。 以嫦娥五号从风暴洋带回的样品为例，中国 科学院在研究月壤的过程中发现了月壤含有 天然的玻璃纤维，证明了人类在月球上能够 就地取材加工生成玻璃材料，有利于人类未 来在月球建立基地。氦的同位素氦 -3 也是人 们从月壤中发现的，与地球相比，月球上的 氦 -3 存储量大得惊人。月球没有大气层和磁 场的保护，太阳风能直接到达地表，所以氦 -3 就随着太阳风沉积在月壤中。氦 -3 是人类未 来开发可控核聚变技术的理想能源材料，清 洁高效。月球上的氦 -3 能满足人类上万年的 能源消耗，是中国未来运营驻月基地的理想 能源之一。 嫦娥六号采样地阿波罗盆地富含苏长岩、 挖掘月背的“土特产”：月壤里究竟有什么？ ◎嫦娥五号正在挖掘月球土壤 9 ◎月球艺术图（图源：Spaceengine模拟） 斜长岩。苏长岩在以前的月壤 样品中少有，它可能是来自月 幔的物质，也有可能是从岩浆 洋纪到艾肯纪阶段的岩浆冷却 分层留下来的物质。人们可以 通过这些月壤来揭露更多科 学奥秘。此外，月球南极附近 的永久阴影区可能存在大量 水冰物质，虽然挖掘水冰物 质是嫦娥七号的使命，但如果能提前找到水 冰样品，那将有助于人类更早在月球上驻扎。 此次嫦娥六号挖掘月壤后出现了一个很 有趣的现象：采集后的月面竟然呈现出一个 大大的“中”字。科研人员称这只是一个巧合， 他们前六次采样都是按顺序依次采集的，后 两次对样本动态调整才导致了“中”字的出现。 本来他们还要多铲几处，没想到在第八铲后 容器已经满了。这大大的“中”字，是中国人 追逐星辰大海、见证中国航天事业崛起的纪念 碑。 通过这一次的探月之旅，科学家肯定能挖 掘月壤的更多价值，很可能发现更多关于月背 的秘密。 10 人类对于月球一直有着浓厚的兴趣。这个距离地球最近的“邻居”，因其独特的地理位置 和物质资源，被我们当作地外探索的首要目标。由于地球的潮汐作用，月球始终只有一面正对 着地球。因为技术的限制，在月球背面实现软着陆的难度很大，令绝大多数国家望而却步。2018 年， 中国派出嫦娥四号打前站，成功实现了人类航天史上首次在月球背面的软着陆。 如今，嫦娥家族的“老六”成功从月球背面的南极 - 艾特肯盆地采回了样品。它需要在地 面无法直接干预的情况下，完成月背着陆、地月通信、采样和返程，嫦娥六号的智能化和自主 化程度可不容小觑！ ◎月球背面 ◎月球正面 智力爆表的月球探险家 文 / 夕　冉　图 /Memorian-QN　麦芽哈哈 嫦娥六号： 11 嫦娥六号在发射后，通过地月轨道到达月球，在靠近月球的位置实施近月制动——也就是 通过“太空刹车”实现减速，使其能够被月球引力捕获，进入月球轨道。在绕月飞行的路线规 划方面，与之前的嫦娥五号探月方式不同，嫦娥六号采用的是“逆行环月轨道”，这是怎么一 回事呢？ 逆向而行的征途 逆行轨道指的是飞行器绕月飞行的方向与月球自转方向相反。这一巧妙的设计在嫦娥六号 任务中发挥着重要作用。嫦娥六号和嫦娥五号的结构设计大致相同，探测器都配有采样装置和 钻取装置：采样装置设在阳面，光照条件适合其对月表拍照，确认采样地点；钻机则设置在阴面， 有利于控制机器的运行温度，不因为过热而造成机器损耗。 如果嫦娥六号和嫦娥五号一样采用环月顺行的方式，当探测器在月球南半球着陆时，原本 按设计应该处于阴面的装置会暴露在光照中，而应该处于阳面的装置会处于阴影下，这将影响 探测器的正常运转。航天设计师们经过再三考虑，在不对硬件设备的技术状态进行大幅度调整 的情况下，通过调转飞行轨道的方向，巧妙地化解了因着陆点变化而带来的设备朝向问题。 12 嫦娥六号由轨道器、着陆器、上升器、返回器四个部分组成。进入环月飞行阶段后，“四兄弟” 两两结对工作：着陆器和上升器的组合体将经过多次变轨，做好降落准备；轨道器和返回器的 组合体则在环月轨道上等待上升器的归来。 嫦娥六号的落月位置颇有讲究，需要在复杂的月表环境下找到一个既符合着陆要求，又满足 上升器月面起飞条件的落点。 为了给取土和起飞创造良好 条件，集制导（Guidance）、 导 航（Navigation） 与 控 制 （Control） 功 能 于 一 身 的 GNC 系统功不可没。有了它， 嫦娥六号就好像拥有了“自 动驾驶功能”，能明确知道 自己“在哪儿”“要去哪儿” 和“怎么去”。不仅如此， 嫦娥六号还挟带了许多敏感 器，这些敏感器就像是探测 器的眼睛和耳朵，通过光学、 微波等方式进行多方位的分 析，为选择安全的着陆点提 供准确的信息。 在这些好帮手的共同努力下，嫦娥六号更好地发挥了粗精接力避障技术。当下降到距离月 球表面两三千米的时候，“着上组合体”会利用光学成像敏感器（也就是我们常说的相机）进 行粗避障，对预定着陆区域拍照分析，初步规避障碍物。当“着上组合体”下降到距离月球表 面约 110 米到 90 米时，就进入悬停状态，由激光三维成像敏感器实现精避障。这个敏感器可以 在 1/4 秒内对一片 50×50 米的预选区域进行三维扫描，精度之高甚至可以识别 0.2 米的坑，从 而精确避开障碍，选定嫦娥六号的最终落点。 自主执行的硬实力 ◎嫦娥六号结构示意图 13 采样成功后，上升器脱离着陆器，独自进入环月飞行轨道，与轨道器返回器组合体相会， 完成样品的安全转移。接下来，如何从月球安全返回地球，是对嫦娥六号的又一项艰巨挑战。 “打着水漂儿”回地球 尽管嫦娥六号有强大的自主控制能力，但一些关键的指令还是需要地面中心来下达。嫦娥 六号的落点在月背，最大的问题就是地月之间的通信不顺畅。当探测器行至月球背面，不在地 面站的观测范围内，地面上的指令要怎样传达给它呢？ 在这样的情况下，就需要将一颗中继卫星安置在既能看到月球背面又能看到地球的地方， 从而架起地月通信的“桥梁”。在本次探月任务中，鹊桥二号中继卫星就起到了“传话筒”的 关键作用。此次发射的鹊桥二号装有一个直径 4.2 米的“伞状”天线，用于与在月球背面着陆的 探测器通信，另外还有一个直径 0.6 米的天线，用于向地面站传输数据。 经过精心的轨道设计和调相控制，在嫦娥六号着陆月球采样的两天内，鹊桥二号中继卫星 每天可以提供 20 小时以上连续、稳定的通信保障服务，同时还确保了探测器与地面控制中心之 间的实时数据传输，将地面发出的各类指令快速传达给嫦娥六号，使得月背探测“一切尽在掌握”。 通信传话的小帮手 14 在接近大气层时，返回舱的速度接近第二宇宙速度，也就是每秒 11.2 千米。而地球表面有 厚厚的大气层，返回舱以极高的速度进入大气时，因为摩擦会产生极大的热量。如果不加以控制， 样本和设备都会面临损毁的风险。 嫦娥六号的设计团队采用了“半弹道跳跃式再入”的返回方式，这一过程类似于我们小时 候 玩 的“ 打 水 漂 儿”。返回舱进入 大气层时并不是一 股脑儿冲下来，而 是以一个相对较小 的角度切入大气层 边缘。利用自身的 升力和大气层密度 的变化，返回舱在 大气层边缘弹跳， 逐渐降低返回的速 度、减少热量对返 回舱的冲击。 这样做的另外 一个好处是可以减 少航天器的防热层 厚度和重量，能腾 出空间挟带更多的 样本回家。同时，整个减速的过程也为任务控制中心提供了更多时间进行计算和调整，确保返 回舱保持在最佳的飞行轨迹上。 除了自身硬核的实力，嫦娥六号还搭载了来自法国的月球氡气探测仪、欧空局的月表负离 子分析仪、意大利的激光角反射器、巴基斯坦的立方星这些国际载荷。这是中国外空探索的又 一重要里程碑，不仅为揭开月球的神秘面纱，也为人类未来在月球建设和探索提供了重要的参 考依据。相信随着技术的进步和人类对宇宙的探索不断深入，我们在月球资源开发、太空旅游 等领域会取得更多突破和进展。 15 古埃及的木鸟 走近古埃及人的 “飞行器”（下） 　　　升阻比是衡量飞行器气 　动效率的一个重要参数，它表示 飞行器飞行时升力与阻力的比值，与 飞机的迎角、飞行速度、空气密度等 参数有关。这个比值越大，说明飞行 　器的动力转化成升力的效率越高， 　　空气动力性能越好。 1898 年，有人在一座 4000 多年前的古埃 及坟墓里发现了一个与现代飞机极为相似的 模型。该模型长 14 厘米，翼展 18 厘米，头部 3.2 厘米，材质为当地盛产的无花果木，重约 30 克， 外形似鸟，故被称为木鸟。 近些年来，越来越多的学者认定这模型是 飞机，而非木鸟。这是因为模型具有鸟类所没 有的垂尾，且垂尾上明显留有平尾脱落的痕 迹。若补上平尾，它则完全是一架小小的滑翔 机，非常符合空气动力学原理。 为了一探究竟，我们对古埃及的木鸟展开 了一系列研究。首先，在电脑上 CAD 建模， 用 3D 打印机打印出一架等比例的木鸟模型， 再手工制作一架 1∶1 的轻木木鸟模型。然后， 分别使用计算流体力学（CFD）软件和风洞， 对木鸟的气动特性进行计算和吹风测试。同 时，使用自制的弹射架，对木鸟展开了弹射滑 翔试验。测试结果表明，这木鸟的升阻比可达 到 2.5，具有出色的气动性能和稳定性。 ◎木鸟 ◎对木鸟进行 CFD分析与风 洞实验 文 / 沈海军 16 航空博物馆 图什帕与旦达拉神庙的飞船 我们在电脑中采用切片法设计出了木鸟 的骨架等内部结构，并在激光雕刻机上用轻 木等材质加工出木鸟的部件，最后经组装， 完成了一架 10∶1 的放大版古埃及木鸟模型。 2019 年，研制团队成员们在上海松江放 飞了木鸟。 随着油门加大，“扑棱棱——扑 棱棱——”木鸟头部的螺旋桨飞快地转动起 来。然后，“嗖”的一声，复原的古埃及木 鸟飞向蓝天，直冲云霄。 1973 年，在土耳其东部的图什帕古城，西琴发现了一尊古代石雕飞船模型。该模型长 23 厘 米、高 9 厘米、宽 8 厘米，材质是黄褐石，距今 3000 余年。图什帕曾是古乌拉尔图王国的首都， 公元前六世纪被米堤亚王国所毁。历史上，土耳 其人曾统治过古埃及。西琴认为，这飞船模型是 来自古埃及的遗物。 从外形看，该模型具有流线型的子弹头、三 个火箭尾喷口、紧凑的座舱，飞船表面疑似是隔 ◎复原的古埃及木鸟飞向蓝天 ◎制作木鸟模型 ◎图什帕飞船模型 17 * 本文由航天神舟飞行器有限公司供稿。 热瓦，里面的人还穿戴飞行帽、宇航服， 整体和现代飞船还真有些神似。 旦达拉神庙位于埃及基纳小镇西南 约 2.5 千米处，始建于托勒密法老时代 , 是一座距今 2000 多年的古埃及神庙。 其壁画中描绘有一个胶囊状物体，其中 有一头部扁平、身材矮小、酷似外星人 的人正搭乘着飞船。 有一种观点认为，旦达拉神庙的飞 船是古埃及传说中太阳神拉乘坐“太阳 船”飞行的画面。但外星人论者对此进 行了反驳，他们认为，旦达拉神庙的飞 船与古埃及太阳神拉的“太阳船”形象 大相径庭。 古埃及文物给我们留下了诸多未解 之谜，众多跟飞行器相关的信息令人浮 想联翩，也让人争议不休。同学们，你 们相信这些飞行器是真实存在的吗？欢 迎一起讨论。 ◎古埃及太阳神拉乘坐“太阳船” ◎旦达拉神庙的飞船 ◎沈海军研究团队制作的3D打印模型 18 科学实验室 施展悬浮魔法 文 / 郎文婕　李　萍　图 / 麦芽哈哈 同学们都知道在微重力环境下有个神奇的现象——太空中所有的人和物品都飘浮着。地球 上的物体如果没有向上的力量支撑，一定会由于重力而往下掉落，不可能悬浮在空中。那我们 有没有办法创造条件，使物体变得“听话”，在空中自由悬浮，甚至按我们的意愿上下运动呢？ 如果真的做到了，这个控制物体运动的力又是什么呢？让我们一起通过实验探索一下吧！ 1 3 4 2 选择合适的小球与塑料软管，即 质量较轻且密闭的小球，如乒乓球、塑 料球、泡沫球等；内壁光滑且内径略大 于小球直径的塑料软管。 转动塑料软管一端，改变软管转动速度，慢慢放开软管另一端，尝试使小球悬停在软管中。 尝试通过改变塑料 软管的转动速度来控制 小球，使其自如上下运动。 你会发现当加快转动速 度时，小球向软管上方运 动；减慢转动速度时，小 球向软管下方运动。 将塑料软管 中间弯曲，将小 球放入软管内。 小球、塑料软管 19 航天播报站 原理 揭秘 大气压力是我们生活中每天都会 接触到但又非常容易忽视的一种力。 通过改变一定的条件，大气就会产生 巨大的力作用在物体上。我们知道相 同受力面积，压力的大小与压强的大 小成正比，压强越大压力越大，所以 改变压强的大小可以使压力的大小发 生改变。此外，压强的大小又和流体 流动速度存在一定关系，流体流速越 快压强越小。空气也是一种流体，所 以改变空气流速的大小可以使压强的 大小发生改变。 通过实验我们可以看到，当软管 的两端都保持静止时，软管两端大气 压强相等，软管两端压力也相等，软 管两端压力相互抵消，小球受到重力 的影响向下落。当软管上端发生转动 时，上端的空气流速加快，导致上端 的大气压强减小，所以上端的压力减 小，当软管下端大气压力大于上端大 气压力和小球所受重力之和时，小球 向上运动。改变软管转动速度，实际 上是改变了空气的流动速度，也就使 得大气压力发生了改变，实现小球的 可控上下运动。 风雨天打伞，当风过大时，我们会感觉伞特别难抓住。明明风是横向吹向我们的，而伞却像是要向上“飞”出去，如果抓紧伞的把手，伞面有时会被吹翻过去，这是为什么呢？（　　）A. 风横向吹到我们身上，由于人的阻挡，使风向发生了改变，向上吹伞。 B. 横向的风将伞吹歪了，使风吹到了伞的下方，将伞吹了起来。 C. 伞面上方空气流速快、压强小，伞面上下产生压力差，使伞面受到向上的压力，从而被吹跑或者翻折。 D. 伞上方空气流速小于下方，下方的风将伞吹起来了。 压力与压强 物理学中的压力 是指发生在两个 物体的接触表面 的 作用力。压力的 产生条件是物体 之间接触且发生 相互挤 压。压力的方向 是垂直于接触面 ，并指向被压物 体。 压强是指物体单 位面积上受到的 压力，它用来表 示 压力产生的效果 。压强越大，压 力的作用效果越 明显。 流体 流体是能流动的 物质，也就是我 们通常所说的液 体 和气体的总称。 它是一种受任何 微小剪切时力的 作用都 会连续变形的物 体，具有易流动 性、可压缩性、 黏滞性。 概念 一点通 轻松 答题 20 1. 打开窗户，恰好有一阵风吹过时，我们发现窗帘会因为风而产生运动，贴到窗纱上面， 这就是因为窗外空气流动的速度较快，使得内外气压发生了变化，使窗帘不是被吹向室内，而 是贴到了窗纱上。 2. 在高铁站、地铁站等地方，我们经常会看到一条黄色的安全线，并且在这些地方还会有 工作人员不断巡回监督并提醒，严禁人们进入安全黄线之内，这是预防列车进站时速度过快， 将乘客“吸”入列车轨道，造成安全事故。因此我们等车时要严格遵守规则，绝对不踏入安全 黄线之内，并且在日常生活中也要注意远离行驶速度过快的汽车。 3. 在大海中航行的船只也要互相保持一定的距离。船在大海中航行时会带动水的流动，会 造成附近水流速度的提升。此时如果有两艘船离得太近，两艘船之间的水流速度要远大于船两 侧宽阔水面的水流速度，在水流压强差的作用下，两艘船会互相“吸引”，发生撞船事件，这 就是“船吸效应”。世界海事组织为避免此类情况发生，对航海做了一系列严格的规定，包括 两船同向行驶时必须保持的间隔距离，在通过狭窄地段时该怎样规避，等等。 4. 民航客机升空也是利用了这个原理：将飞机机翼上方设计为凸面，下方设计为平面，飞 机在地面滑行时机翼上方空气流动的速度大于下方的，产生升力，实现飞机的起飞升空。 21 文 / 王　麟　 图 / 小　七 　　“太空电梯这个概念已经出现100多年了，最早是由俄 国航天先驱齐奥尔科夫斯基在1895年提出来的。它真正在 大银幕上展示真容，还要靠咱们中国电影《流浪地球2》创 作团队非凡的想象力。”天天的爸爸一边翻看《航空航天》杂 志，一边对正在摆弄太空电梯模型的儿子说道。 天天对太空电梯非常感兴趣，《流浪地球 2》周边产品上市 之后，爸爸便第一时间买了一个太空电梯手办给他当生日礼物。听 到爸爸的介绍，天天问道：“爸爸，建造太空电梯很难吗？” 爸爸笑道：“当然很难了！太空电梯的概念出现了 100 多年，目 前人们能想到的主要有两种建造模式。 　　“一种模式就是从地面往天上修，一直修建到地球同步轨道上面，这个 位置距离地球约3.6万千米，太空电梯可以与地球同步运行，也就是说，相 对于地球来说，太空电梯是静止的。但是这种方法存在很大缺陷，在工程 上很难实现，因为没有哪一种材料能够承受住如此巨大的压力。 “还有一种模式是从天上往地面修。这是 1959 年苏联工程师尤里 • 阿尔苏塔诺夫提出的构想：使用地球同步卫星作为基地，将其与地球 上的一点通过缆绳连接。太空电梯可分为厢体、缆绳轨道、地面 地基和配重四个部分，连接地球表面和地球同步轨道上的空 太空电梯， 距离现实还有多远？ 22 间站。这种建造模式是目前太空电梯研究的主流构想，获得了世界上 绝大多数科学家的认可。” 天天吃惊道：“这工程量也太大了吧！太空电梯有啥好，为什么 科学家想建太空电梯啊？” 爸爸回答：“我们乘坐太空电梯，以每小时 1000 千米计算，算 上加速和减速的时间，两天就能到达地球同步轨道上的空间站。我们 在那里发射地球同步卫星，只需要很少的燃料，如果我们从那里出发 去月球甚至火星，都会比现在大大缩短飞行时间。而且利用太空电梯 运送人和物资，要比使用火箭便宜得多呢，那时候，人人都可以上太 空了。” 天天问道：“太空电梯好处这么多，不建造也太可惜了。刚才您 说缺强度高的材料，什么样的材料才能用来造太空电梯呢？” “用这种材料建造一座 3.6 万千米高的电梯，这长度几乎和地球 的周长差不多了，这要求材料的强度足够高，而且还需要它的重量非 常轻。目前，科学家正在研究用碳纳米管和碳纤维建造太空电梯缆绳 的可能性。就拿碳纳米管来说，这是世界上公认的力学强度最高和韧 性最好的材料，强度是钢的 100 倍，密度却只有钢的 1/6，拥有良好 的柔韧性，可以弯曲、拉伸。但是人类目前还没办法量产碳纳米管， 只能在实验室里合成少量供研究用。”爸爸继续说道，“除了高强度 材料，建造太空电梯面临的其他挑战也不少啊。” 天天着急问道：“还有哪些重要问题需要解决呢？” 爸爸想了想，说：“一是结构设计。太空电梯的结构需要确保电 梯在地球引力和其他外力（如风、太阳辐射等）的作用下保持稳定。 这包括电梯轿厢、绳索和锚定点的设计。此外，电梯的阻尼系统也至 关重要，以防止因风力和地球运动产生的震动导致电梯损坏。 23 “二是空间站的稳定与推进。在太空中，电梯的空间站部分需要保持稳定，同时要有足够 的推进力，以克服地球引力和其他天体引力，使电梯在绳索上平稳滑动。这需要设计一套复杂 且精确的推进系统，确保电梯在任何天气和太空环境下都能正常运行。 “三是通信与控制系统。太空电梯的运行需要大量的数据通信和控制系统，以确保电梯的 安全运行。由于电梯的运行范围从地球表面延伸到太空，需要解决如何在这样的长距离范围内 实现稳定、高效的通信和控制。 “四是能源供应。太空电梯的运行需要大量的能源，包括电梯轿厢的升降、空间站的推进 以及通信和控制系统的运行。如何为太空电梯提供稳定、可靠的能源是一个重要的问题。太阳 能可能是一个可行的选择，但如何在太空环境中有效地收集和利用太阳能也是一个技术挑战。 “五是电梯的安全性。由于电梯运行在地球和太空之间，一旦发生故障，后果可能是灾难 性的。因此，需要设计一套完善的安全保障系统，包括紧急制动、故障预警和应急救援等。 “六是建造与维护。由于电梯的部分结构位于地球表面和太空之间，需要解决如何在这样 的环境下进行建造和维护的问题。此外，电梯的维护也需要考虑如何在太空环境中进行，包括 人员往返、物资运输等问题。” 天天惊叹道：“一个伟大设想的实现，需要做多少脚踏实地的工作啊！” 爸爸笑道：“是呀，要解决的问题还有很多呢，所以要努力学习，也许将来有一天，解决 太空电梯的难题会交到你的手里呢！” 24 诗词中的天文学 ——方知岁星改 《岁暮海上作》 ﹝唐﹞孟浩然 仲尼既云殁，余亦浮于海。 昏见斗柄回，方知岁星改。 虚舟任所适，垂钓非有待。 为问乘槎人，沧洲复谁在。 这首诗是诗人孟浩然泛舟于海上时所作，其中 颔（hàn）联两句中“斗柄”和“岁星”都是天上 的星星。其中蕴含哪些天文学知识呢？ 首联“仲尼既云殁，余亦浮于海”中的仲尼就 是孔子。孔子是春秋时期的人，从孟浩然所处的盛 唐时期来看，孔子已经去世 1000 多年了。后半句 诗人提到自己“浮于海”，不仅指自己真的在海 上乘船，还有引申的含义。孔子说过：“道不行， 乘桴（fú）浮于海。”这句话是说如果自己的理想 抱负不能实现，就泛舟于海上，远离世俗。首联表 现出诗人不得志而避世的想法。 文 / 宋媛媛　图 / 肖猷洪 25 夜访观星台 岁星如何纪年？ 从这首诗中我们能看出，北斗七星和木星都有纪年的作用，不过原理却不太相 同。大家或许对北斗七星更熟悉一些，如果我们在黄昏后观察北斗七星并记住斗柄 的方向，一个月后同样在黄昏后观察，就会发现北斗七星的位置发生了变化。北斗 七星会慢慢围绕北天极旋转，斗柄的指向每个月偏移 30°，3 个月偏移 90°，一年 12 个月恰好是 360°，斗柄会再次回到原来的位置，像一个巨大的指针，周而复始。 这种变化是地球公转造成的。地球运行到不同的位置时，我们看到的恒星的相对位 置也会发生变化。充满智慧的古人很早就发现了北斗七星运行的奥秘，我国最早的 历书《夏小正》记载：“正月，斗柄悬在下，六月，初昏斗柄正在上。”战国时期 的典籍《鹖（hé）冠子》记载：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗 通过颔联“昏见斗柄回，方知岁星改”，我们可以想象诗人乘船在广阔的海面 航行，此时天刚刚黑，诗人抬头便看到满天美丽的繁星，闪耀的北斗七星引人注意， 北斗七星的斗柄三星回到了去年的位置，令人感慨时间过得真快啊，这一年又快过 去了。“岁星改”是什么意思呢？岁星就是太阳系最大的行星——木星的别称。古 人发现木星每 12 年在天空中运行一周，每年变换一个位置——岁星的位置改变了， 也就说明新的一年到来了。所以，古人也用岁星来纪年。 诗的后半部分是说时间过得飞快，自己却仍没有什么作为，诗人不禁感慨惆怅， 于海上乘舟随波逐流，钓鱼时也没有什么期待，问一问那乘舟的人，海上的仙洲到 底在哪里呢？ 诗人孟浩然一生未能出仕做官、施展抱负，他寄情山水，归隐田园，留下了大 量脍炙人口的诗句。 26 柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天 下皆冬。” 那被称为岁星的木星是如何纪 年的呢？这是由于木星围绕太阳公 转的周期是 11.862 年，接近 12 年。 我们在地球上观察木星，会发现木 星在恒星背景下缓慢移动，大概 12 年运行一圈，回到原来的位置。 《史记 • 天官书》有“岁行三十 度十六分度之七，率日行十二分度 之一，十二岁而周天”。古人很早 就观察到木星 12 年运行一周天。 古人非常喜欢 12 这个数字，西方 有黄道十二星座，我国有十二地支、 十二生肖。结合木星的运行，还有 十二星次，分别是：星纪、玄枵（xiāo）、娵訾（jū zī）、降娄、大梁、实沈、鹑（chún）首、 鹑火、鹑尾、寿星、大火、析木。木星每年运行经过一个星次，以此来纪年，称为岁星纪年法。 比如春秋时左丘明编撰的史书《国语》记载“昔武王伐殷，岁在鹑火”，就是说木星在鹑火的 那一年，周武王讨伐商纣王。 为何要用木星来纪年呢？因为在秦统一以前，群雄争霸，各诸侯国各用各的纪年方法，非 常混乱。为了方便沟通，需要一种统一的纪年方式，于是人们就把目光投向了天空，明亮的木 星方便观察，其运行也十分规律，便成了最佳选择。 不过岁星纪年法仍然有误差，因为木星的运行周期实际上不足 12 年，时间久了误差也会变 大，不能准确纪年。因此人们假想出了“太岁”来纪年，把地上分为十二个方位，又将十二地 支与这十二个方位对应起来，比如子在正北方、午在正南方、卯在正东方、酉在正西方……这 样每年太岁经过一个地支，12 年一个周期。太岁纪年法逐渐取代了岁星纪年法，战国时期就已 经开始应用了。再后来，人们逐渐又把十二生肖与十二地支结合，用生肖来纪年就更方便记忆了。 后来人们把“太岁”进一步想象成神的形象，每年有一位“太岁”轮值。至今仍然有“犯太岁”“在 太岁头上动土”这样的说法。 ◎太岁与十二方位图 27 木星下凡的东方朔 木星在古代还有很多别称，如“纪星”“应星”“摄提”等。在古诗词中，金星与火星常 常与战争相关，而木星就被赋予了美好、祥和的含义。比如白居易的《叙德书情四十韵，上宣 歙崔中丞宣州荐》说“望如时雨至，福是岁星移”，欧阳修的《洗儿歌》说“木星之精为紫气， 照山生玉水生犀”。 木星还与一位古代的名人密切相关。唐代大诗人李白被认为是金星下凡，你知道哪位名人 相传是木星下凡吗？他就是西汉时期的名臣——东方朔。东方朔聪明机智、能言善辩，还被相 声界尊为祖师爷呢，《史记》《汉书》都记载了他的趣事。 汉武帝刘彻即位后，广纳天下名士。不少人上书自荐，据说东方朔写自荐信居然用了三千 片竹简，两个人才背得动，汉武帝更是用了整整两个月时间才读完。东方朔在信中毫不谦虚地 把自己从外表到学识，再到人品统统夸了一遍，说自己这样的人可以做天子的大臣。这成功引 起了汉武帝的注意，汉武帝觉得这个人还是有才能的，但不算谦逊，就给了他一个小小的官职—— 公车令。这个职位俸禄非常少，并且没有见到汉武帝的机会。聪明的东方朔想到一个办法，他 对给汉武帝养马的几个侏儒说：“你们这些人既不能种田，也不能当官，连当兵也不行，对国 家毫无用处，白白浪费粮食，我要杀了你们。”此话把这些侏儒吓得不行。东方朔又说：“要 想活命，你们赶快去向皇帝请罪去吧！”汉武帝听到侏儒们来请罪，明白了是东方朔在背后作 怪，就召他前来问话。东方朔回答：“侏儒身高才三尺，我的身高有九尺，但我们的俸禄一样多， 28