人类目前所能观察到的行星有多少个?
天上是5颗。水星、金星、火星、木星、土星。算上地球自己的话,就是6颗。当然确定。太阳系的行星就8个,天王星和海王星太远了,看不见,别的都能看见。太阳系外的行星就更不要指望用肉眼看到了。在地球上,肉眼能够看到的太阳系天体不止太阳和月球,还有另外五大行星——水星、金星、火星、木星和土星。
航天员在太空探索什么?
宇航员在太空的活动探索包括:
1、考察失重对人体的影响:研究人在空间飞行过程中的反应能力,研究人如何才能经受住飞船起飞、轨道飞行时以及返回大气层时重力变化的影响,研究人在太空环境中长期生存所必须的条件与设备;
2、进行微重力实验:多年来,航天员在太空中进行了大量的空间材料科学实验,其目的是利用空间独特的微重力条件,在无重力干扰的情况下,研究材料的特性和生产出地面所无法生产的各种材料;
3、生命科学和生物技术试验:利用微重力促进生命进程研究及对微重力环境如何影响地球上生物机体的形成、功能与行为研究的重量生物学研究,对暴露在空间高能环境中的生物体损伤与防护研究的辐射生物学研究。
一是要开展核心舱组合体的日常管理。包括天和核心舱在轨测试、再生生保系统验证、机械臂测试与操作训练,以及物资与废弃物管理等。
二是要开展出舱活动及舱外作业。包括舱外服在轨转移、组装、测试,进行两次出舱活动,开展舱外工具箱的组装、全景摄像机抬升和扩展泵组的安装等工作。
三是要开展空间科学实验和技术试验。进行空间应用任务实验设备的组装和测试,按程序开展空间应用、航天医学领域等实(试)验,以及有关科普教育活动。
四是要进行航天员自身的健康管理。按计划开展日常的生活照料、身体锻炼,定期监测、维持与评估自身健康状态。
人类太空探索,如何进行星球成分测试?难道是探测器上就有测试仪器?
人类探索太空,就目前这点技能,尚不成熟。但人类有永往直前之精神,也许往后能成功。分球测试各球,存在的未知,理当所然。
先把太阳系内各星球测试完毕,得出各星球之间关系与数据,再向外太空延伸。饭得一口一口的吃,事得一件一件做。偌大的宇宙,不可能只有一种人类生物。
探测器上带测试仪器,目前人类技术有限,往后并非没有这个可能。目前人类的探测器,只能探到到别的星球表面构造,与星球初期来源。
要想深探宇宙,人类并非一朝一夕之事,仍须努力。
人们早就知道恒星离我们很远,在19世纪,天文学家们终于以合理的精度测量了离附近几颗恒星的距离。结果是如此之大,数千英里,大多数人都认为我们永远都不能去拜访他们或者了解他们。毕竟,我们不能去太空中,抓取一个样本,并把它带回地球;我们所能做的就是观察来自恒星的光。
然而,在三十年内,科学家们确实开始研究太阳、行星和一些明亮的恒星的化学成分。他们是怎么做到的?
光谱学的基本思想
摄谱仪从光源中获取光并按波长将其分离,这样红光就朝一个方向,黄光就朝另一个方向,蓝光就朝另一个方向,等等。一种光谱仪依靠棱镜来分散光线:
天文学家经常在望远镜的焦平面上放置一个狭缝,以感兴趣的物体为中心。
只有通过这个狭缝的光才会照射到光栅(或棱镜),使光谱呈现出一种特征形状:在一个长的水平画布上的垂直线。
当我们将光源的光通过光谱图时,我们通常会看到三种基本光谱类型中的一种,这取决于光源的性质。德国天文学家Gustav Kirchoff在19世纪50年代研究工作,找出了这些不同类型光谱的原因。他解释说,三种基本类型的光谱来自三种不同的情况:
固体、液体和稠密气体发射所有波长的光,没有任何间隙。我们称之为连续谱。
稀薄的气体只发射几个波长的光。我们称之为发射光谱或亮线光谱。
如果有一个光源在它后面,薄气体将吸收它发射的相同波长的光。我们称之为吸收光谱或暗线光谱。
每种元素都产生自己独特的发射或吸收波长。
我们可以利用这些像指纹一样的图案来识别发光或吸收光的物质。
真的那么容易吗?
因此,天文学家对太阳(和恒星)的光谱进行了测量,并试图找出尽可能多的谱线。这并不容易,因为在太阳光谱的可见部分有很多吸收线:
然而,随着时间的流逝,科学家们能够找到一些最强线的身份。他们发现,太阳光谱中最强线是由于如下元素:
- 钠
- 氢
- 钙
- 镁
- 铁
因此,结论是,这些是太阳中最丰富的元素。这有道理吗?确定!毕竟,将该列表与地壳中最常见的元素列表以及整个地球体进行比较:
简单,容易,而且有道理:太阳的化学成分与地球非常相似。不幸的是,这是错误的。
塞西莉亚·佩恩(Cecilia Payne)展示了方法
1925年,一位名叫塞西莉亚·佩恩的年轻研究生完成了她的博士论文《恒星大气:对恒星逆向层高温观测研究的贡献》。她意识到太阳和其他恒星的外层大气的情况并非如此简单。基本情况是这样的——这是正确的——是这样的:
如果恒星的光球包含特定元素的原子,那么人们就会期望看到与该元素相关的波长的吸收线。冒着稍微简化事情的风险,对时间的理解是这样的:
强吸收线 ---->大量的元素
弱吸收线 ----> 该元素的少
无吸收线 ---->没有该元素
佩恩仔细地考虑了原子物理学的一些最新结果,原子物理学正处于量子革命的中期。她意识到吸收线的强度取决于某些元素的丰度,但还有其他因素同样重要——或者更重要的是:
“当然,吸收线的强度是温度、压力和原子常数的非常复杂的函数,在前面的七章中已经详细讨论过这个问题。因此,所观察到的强度智能用于初略估算丰度。“----佩恩论文第十三章。
为了详细解释佩恩的工作,我们必须深入研究原子的量子能态,以及它们与光波包的相互作用。也许用一个类比更好。想想普通人弗雷德的量子能态,以及他与咖啡杯的相互作用。首先,考虑一下当一杯咖啡遇到弗莱德处于最低能量状态时会发生什么:
结果:无吸收。咖啡逃走了,可以继续它的旅程。
现在,假设我们给弗雷德一点能量,让他醒着,坐在办公桌前做文书工作。当咖啡接近他时会发生什么?
结果:吸收。咖啡不见了。
如果我们给弗莱德很多能量,让他跑马拉松,当他喝咖啡时会发生什么?
结果:无吸收。咖啡逃走了,可以继续它的旅程。
同样,佩恩指出,如果原子处于完全正确的原子能状态,太阳大气中某一特定元素的原子只会吸收通过的光子。这意味着,仅仅因为一种元素——比如铁——产生了最强的吸收线,它不一定是最丰富的原子类型。可能有(继续我们的类比)数以百万计的其他类型的“休眠”原子存在,但只是不吸收光。
太阳的化学成分
因此,根据我们目前对原子物理学和光谱学的理解,以及我们目前的望远镜和光谱仪,我们认为太阳的化学成分如下:
换句话说,大量的氢和少量的氦,以及少量的重元素。
太阳并不平均包含与地球相同的物质。无论是恒星,还是星际气体云团,还是银河系。
现在问答问题,人类是通过测试恒星散发的光的光谱,来确定恒星成分,如果探测器带有精密的光谱仪设备,它就能分析出恒星的成分。
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