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第八辑 宇宙1（第5页）

知识点：卫星、照射

为什么人造卫星发射时穿过大气层不会烧掉

为什么流星穿过大气层被烧掉，而人造卫星发射时也穿过大气层，却没有被烧掉呢？

流星穿过大气层前，本身就具有一定的速度。在地球强大的吸引力作用下，流星越靠近地球，地球对它的引力就越来越大，因此它的速度迅速地增长，最后能到达到每秒20到70公里。流星以这么高的速度在大气层运动，受到了巨大的磨擦力，使流星达到几千度，足以烧掉流星。

人造卫星发射前，相对于地球的速度为零，在发射过程中还要不断克服地球的引力，开始的速度很慢，以后逐渐增加。在目前技术条件下，第一级火箭发动结束后才增加到每秒二、三公里。这时卫星已经离地面50到100公里高，那里的大气密度还没有地面的千分之一。当卫星进入轨道时，速度达到每秒钟7.9公里。可是由于高度更高，大气更加稀薄了。所以，在人造卫星发射过程中，虽然由于空气磨擦而产生的温度相当高，但比流星穿进大气层时的温度要低得多，所以不会被烧掉。但尽管这样，还是要用耐高温的合金来做火箭的外壳。为了减少人造卫星与大气层的磨擦，还采取了下面的措施：

卫星和火箭的联结总体的外壳，要造得尽量光滑，以减少大气的阻力。2.与前进方向垂直的火箭横截面越大，受到的阻力就越大，因此火箭要做成细长的。3、发射卫星时，为了尽快脱离浓密的低层大气，一般采用垂直于地面，或基本垂直于地面向上发射的方法。

人造卫星发射穿过大气层时不使其烧掉的是这些办法，那么宇宙飞船返回地球穿过大气层时用什么方法不让它烧掉呢？一般都用这些方法：当飞船返回地球将要进入大气层时，飞船向前进的方向喷气，就像喷气飞机那样，不过是向前喷，不是向后喷，使飞船的速度减慢。这时飞船开始下降，当它进入大气层时，不是像一块石头那样笔直地从几百公里高空直冲下来，而是逐渐转成了一个弧形很大的下降轨道，斜着飞下来，一般要绕着地球飞行半圈以后，再打开强大的降落伞，这时飞船可以缓慢而安全地落到地面了。

知识点：人造卫星、摩擦、温度、合金、垂直

为什么人造卫星环绕地球的轨道不一样

在地球上空运行的人造卫星，按其轨道离地面高度来区分，可分为三种，即近地轨道（小于600千米）、中轨道（600-3000千米）和高轨道（大于3000千米）。

不同用途的卫星，运行在不同的高度。需要对地面目标进行仔细观察和探测近地空间环境的卫星，通常运行在近地轨道，如科学实验卫星和侦察卫星等；需要对地球进行频繁地、周而复始地观察的卫星，通常运行在中轨道，如极轨气象卫星和资源卫星等；而需对地球作大范围、长时期定点观测或信号中转的卫星，通常选用高轨道，如静止气象卫星和静止通信卫星。

有两个十分重要的轨道，它们就是中轨道的太阳同步轨道和高轨道的地球静止轨道。

所谓太阳同步轨道，就是通过地球南北极的卫星轨道平面，每天向东移动0．9856°，这个角度正好是地球绕太阳公转每天东移的角度。轨道高度在700-1000千米之间。卫星每天都在同一时间通过同一地区上空，可观察到该地区的连续变化过程。极轨气象卫星每天定时观测同一地区云图，得到逐日变化过程，这就为天气预报提供了科学根据。

而对一些要求在空中“固定不动”的卫星，如转播电视的通信卫星，则采用地球静止轨道。这个轨道在地球上赤道平面内，离地面35860千米。因为在这个轨道上，卫星绕地球自西向东旋转，速度为3.075千米秒，正好等于地球自转的速度。因此地面与卫星就相对“不动”了。

知识点：人造卫星、卫星轨道、太阳同步轨道、地球静止轨道

为什么卫星可以预报地震

地震是人类自古以来不可躲避的自然灾难。由于地震起因和前兆非常复杂，因此，地震预报始终是世界性的难题。

科学家发现，地震前在震中区周围，会出现温度异常等震兆。震前由于岩石圈板块相互作用，应力不断积累，当超过岩石圈强度时，就会发生微裂隙，原储存在岩石圈内的气体，特别是温室气体，会沿着已有的裂缝溢出地面，受到太阳辐射和自身辐射，导致该地区温度增高。或者带电的微粒子从岩石圈深处渗出地表，这些带电微粒子在低空处造成电场异常，激发温室气体，使温度比正常增高几度。

当今，不少安装有遥感仪器的卫星（尤其是气象卫星）上，都有红外扫描仪，它的扫描宽度有上千千米，所测地面、水面及各种界面上的温度精度可达0．5℃。借助大型计算机及图像处理机，能在30分钟内处理好一幅地球表面的温度图像，为迅速判别震兆温度异常提供了有利条件，并为卫星的应用开辟了新的领域。

不过由于地表增温的原因很多，要正确区分出真正临震前的异常增温，还有很多问题尚待解决。相信经过不断努力，地震预报的成功率将会有大幅度的提高。

知识点：地震、地震预报、卫星遥感

为什么卫星可以减灾防灾

世界上时时刻刻都在发生各种各样的自然灾害。从1965年至1992年的28年里，全世界发生了4650多起自然灾害，约30亿人受灾，其中死亡361万人，直接经济损失约3400亿美元。最常见的灾害有台风、洪水、地震、干旱、火灾等。自从卫星上天以来，人类利用先进的卫星遥感技术，防止或减小了这些自然灾害造成的恶果。

比如1987年5月，中国东北大兴安岭地区发生一场猛烈的森林大火，在天上巡游的卫星成功地监测到这一信息，为扑灭这场大火创造了条件。1991年夏天，中国江淮流域发生严重水灾，又是卫星提供了水灾淹没面积的准确估计，为救灾工作找到了依据。尤其是1998年中国长江中下游、松花扛和嫩江流域的抗洪救灾，天上卫星功不可没。卫星作为防灾减灾的哨兵，发挥了有效的作用。目前，人类已经利用气象卫星、资源卫星、通信卫星、导航卫星等进行了大量的减灾活动，取得了良好的效果。此外，许多国家都在研制一种新的减灾卫星，即使同—颗卫星集对地观测、通信、导航等功能于一身，实现救险防灾的目的。

气象卫星是防灾的先锋。防减灾害要先“看得见”并及时掌握情况，才能采取相应的措施。对于自然灾害等变化的环境观测，除了要求具有一定的空间分辨率以外，还要能够在较短的时间内对地面进行重复观测。现有的遥感卫星中，气象卫星，特别是地球静止气象卫星，能够不间断地对大气现象进行观测，对于防治自然灾害，起到了开路先锋的作用。

近年来出现的雷达卫星可以穿云透雨，它主动发出一定频率的电磁波，并接收目标对它的反射和散射的回波，形成图像。因此，雷达卫星是一种十分重要的监测手段，特别是在常伴有阴雨天气的洪涝季节更是大有用途。

卫星的最大防灾本领，莫过于监测地球上的陆地、海洋和大气层，创造良好的生态环境，使人类免遭各种自然灾害之苦。因此，各种专门的减灾卫星便应运而生。我国曾利用自己的返回式卫星和气象卫星，在防灾、抗灾、救灾和治理灾害方面已取得了一定成绩。但中国是个幅员辽阔的大国，经常饱受自然灾害之虐，因此国家已经把研制减灾卫星列为发展航天技术的头等大事。

知识点：人造卫星、减灾卫星、气象卫星、雷达卫星

为什么要研究天文学

昼夜交替，四季循环，人们生活在自然界中，首先就接触到各种天文现象，明亮的太阳、皎洁的月光、闪烁的繁星、壮观的日食等等。天文学的形成和发展过程，就是人们对自然界逐步了解的过程。

古代人们在从事农牧业生产时，为了不误农时，必需利用天象来确定季节。渔民和航海家利用星星在茫茫的海洋上确定自己前进的方向，利用月相来判断潮水的涨落……

天文工作在现代更有了新的发展。

各种天体是一种理想的实验室，那里有地面上目前所不能得到的物理条件。如质量比太阳大几十倍的星球，几十亿度的高温，几十亿大气压的高压，以及每立方厘米几十亿吨的超密态物质。人们经常从天文上得到启发，然后再加以利用。翻开科学史的记录可以看到：从行星运动规律的总结中得出了万有引力定律；观测到太阳上氦的光谱线后，在地球上才寻找到了氦元素；从计算新星爆发的能量，发现了人们还不了解的能源……

天文学与其他的学科发展关系也非常密切。19世纪以前，天文学与数学、力学的发展息息相关；到了现代，科学技术高度发达后，天文学更深深地渗透到其他学科。我们都知道，当爱因斯坦发表了相对论以后，就是利用天文观测的结果给予这个理论以有力的支持；天文学上的重大发现对高能物理、量子力学、宇宙学、化学、生命起源等学科都提出了新的课题。

天文学给我们揭示了自然界的真面目。几千年来，人类对于地球的性质、地球在宇宙中的位置以及宇宙的结构等方面都曾有过错误的认识。假如没有天文学，这些错误的认识一定会继续下去。波兰天文学家哥白尼曾冲破几千年的宗教束缚，提出了日心说，使人类对宇宙的认识前进了一大步。现在小学生也知道“地球是球形的”这一条真理了。

在人类进入航天飞行的时代里，天文学集中了人类对于自然认识的精华。如果一个人对现代天文学的伟大成就一无所知，他就不能算是一个受过教育的人。正因为如此，世界上很多国家把天文学列入中学课程。

以上仅从几方面简单地介绍了天文学的发展和应用。由此可见，天文学对现代科学的发展起了推动的作用，是人们认识自然、改造自然的重要学科。

知识点：天文学、天体、物理条件、科学发展、自然界

为什么天文台的观测室大多是圆顶结构

一般房屋的屋顶，不是平的就是斜坡形的，唯独天文台的屋顶与众不同，远远看去，银白色的圆形屋顶好像一个大馒头，在阳光照耀之下，闪闪发光。

为什么天文台要造成圆顶结构呢?难道是为了好看吗?不，天文台的圆顶完全不是为了好看，而是有它特殊的用途。

我们看到的这些银白色的圆顶房屋，实际上是天文台的观测室，它的屋顶呈半圆球形。走近一看，半圆球上却有一条宽宽的裂缝，从屋顶的最高处一直裂开到屋檐的地方。再走进屋子里一看，哪里是什么裂缝，原来是一个巨大的天窗，庞大的天文望远镜就通过这个天窗指向辽阔的太空。

将天文台观测室设计成半圆球形，是为了便于观测。在天文台里，人们是通过天文望远镜来观测的太空，天文望远镜做得非常庞大，不能随便移动。而观测的目标，却分布在天空的各个方向。如果采用普通的屋顶，就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。天文台的屋顶造成圆球形，并且在圆顶和墙壁的接合部装置了由计算机控制的机械旋转系统，使观测研究十分方便。这样，用天文望远镜进行观测时，只要转动圆形屋顶，把天窗转到要观测的方向，望远镜也随之转到同一方向，再上下调整天文望远镜的镜头，就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。

在不用的时候，只要把圆顶上的天窗关起来，就可以保护天文望远镜不受风雨的侵袭。当然，并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶，有些天文观测只要对准南北方向进行，观测室就可以造成长方形或方形的，在屋顶中央开一条长条形天窗，天文望远镜就可以进行工作了。

知识点：天文台、天文观测、天文望远镜

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