>科技>>正文

人类能在地球上造出宇宙空间中那种极高真空吗?

原标题:人类能在地球上造出宇宙空间中那种极高真空吗?

出品:科普中国

制作:寒木钓萌

监制:中国科学院计算机网络信息中心

答案是,不能。

虽然我们很想很想,但目前还不具备这个实力,也许永远都不具备。

真空很有趣

若有人问你,在高处同时扔下一片羽毛和一个保龄球,怎样才能让它俩同时坠地?

无懈可击的答案是:把它俩放在真空室中扔下。

在NASA全球最大的真空实验室做的羽毛和保龄球自由落体实验。

若有人问你,如何称量一粒尘埃的重量?这显然是很难,因为影响尘埃重量的因素太多。

而答案是,在真空下,用超微天平称量。

再有人问你,在不加热不冷却的情况下怎么让水沸腾并结冰?

答案依然是抽真空。

真空很重要

对于大众,真空除了与食物保鲜、绝热保温等有关外,剩下的就只是神奇和有趣了。但对于那些耗资几十亿,甚至几百亿元的大型科研设备来说,真空与否以及真空的程度则代表成败。

图为耗资80亿美元以上的欧洲大型强子对撞机。

高能加速器内要求有很高的真空度,因为我们想要的是粒子与粒子的对碰,而不是粒子与氧气分子、二氧化碳分子的对碰。若加速器内真空度不够高,则高能粒子束与残存空气分子对碰的几率增大,这会影响粒子束的寿命。

换句话说,高能加速器内,真空度越高,效率也就越高。

地下100米深内的大型强子对撞机,其27公里长的环形管道内为超高真空。

引力波探测器。

引力波探测器能够测量比质子尺寸还小一千倍的位移,而它内部的真空系统是全世界最大、最纯的系统之一,真空管内的气压只有海平面气压的1万亿分之一。失去真空也就失去一切,对于引力波探测器来说就是如此。

国际热核聚变实验反应堆ITER展开试验时,里面的腔体也将抽成超高真空。

可以这么说,人类目前的顶尖技术中,绝大多数都跟真空脱不开干系。真空如此重要,我们是有必要好好了解一下它。

真空的疆域

下暴雨时,握着伞的你会感受到大量雨滴对你产生的持续压力。同理,从微观视角上,我们感受到的以及看到的气压现象也是这般原理。

任何时刻,无数的气体分子不断地撞向挂钩表面并反弹,就像下暴雨时,雨滴对伞施加的压力一样。

换句话说,相同体积内空气分子越多,压强也就越大(因为碰撞增多),所以,国际上是用压强来表示真空度,压强越小,则真空度越高。

压强的单位是“帕”,1帕等于每平方米施加1牛顿的压力。而一个标准大气压,也就是在海平面的平均气压约为101325帕,即在1平方米面积上有101325牛顿的压力,也相当于1公斤物体在1平方厘米上产生的压力。

我国对真空区域的划分如下:

阿波罗飞船登月时,测得的月球真空最低可为10的负10帕,这意味着,月球上已经跨入极高真空的范围了。而在3万6公里的同步卫星轨道处,真空度最低可以达到10的负12帕。

我国著名的真空科学技术专家达道安,在其所著的书《空间真空技术》中,他推测,模拟星际空间的极高真空容器已经获得10的负13帕的真空。

太空有多空?

上文似乎告诉我们,看来人类已经在地球上造出宇宙空间中那种极高真空了。但是且慢,10的负13帕就是宇宙空间中真空极限了吗?

当然不是。别忘了,我们在讨论月球和同步轨道处的真空度时,我们实际上还没有离开家门口呢。

既没有离开地月系,更没有离开太阳系。而我们说的宇宙空间,当然是星际空间,以及星系际空间了。

在这些空间中,到底有多空?月球上属于极高真空,这已经是人类对真空划分的最高级别,然而,月球上每立方厘米内的粒子数依然高达8万个以上。

而在星际空间,每立方厘米内的粒子数只有1个。在星系际空间,类似于银河系与其他星系之间的广袤虚空内,每立方厘米内的粒子数为10负6个,也就是1立方米内才有1个粒子。

比星系际空间更空的是宇宙空洞。

空洞内,没有恒星、行星、星云以及星际气体。

这种真空度,人类是无法造出来的。因为我们要在地球上造一个真空室,那么这个真空室必然是密封的,你是可以穷极各种技术,把真空室内的空气分子全部抽出,但是别忘了真空室的密封材料本身,这些材料会源源不断地向真空室射出粒子,你挡不住。

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:本文由入驻搜狐号的作者撰写,除搜狐官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表搜狐立场。
阅读 ()
投诉
免费获取
今日推荐