科学史评话最新专辑

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科学史评话最新专辑

科学史评话最新专辑 平哥首个医学专栏上线啦，在喜马拉雅搜索“吴京平：通俗医学史”，抢先收听！

  1. 1D AGO

    探测器列传：31.安全模式

    说实话，要给木卫一拍照片是个很费劲的事儿，因为这里距离木星太近了，木星周围的高能粒子辐射带经常会引起探测器整机关机保护。当伽利略项目进入延长段，探测器有了一次接近木卫一的机会。1999年的10月11号，机会终于来了。结果好巧不巧，内存被一颗高能带电粒子给砸到了。程序执行出错，引起探测器整机进入安全状态，能关的的仪器都关了，只留下最基本的遥控通讯模块。 进入这种安全状态，通常需要过几个礼拜才能恢复。JPL的地面小组火急火燎的查找问题，这时候距离掠过木卫一只有19个小时了，一直折腾到最后还剩下两个小时的时候，毛病被解决。其他仪器好不好无所谓，照相机好使就行。这才有机会拍了几张高清彩色照片。 1999年的11月26号，这天正是感恩节，JPL伽利略项目团队正在吃大餐呢，警告灯又亮了，这一次伽利略探测器又一次被高能带电粒子给砸了。程序又一次出错了。但是上次打的补丁这次起作用了，仪器没有全关掉。但是，时间太紧迫，上次还有19个小时的时间，折腾到最后2小时才修好，这次就更惊险了，折腾到预定拍照时间之前3分钟才修好。 提前3分钟也不算晚啊，这次拍摄非常成功。伽利略号上的相机捕捉到了一座正在喷发的火山，这家伙产生的熔岩羽流长达32公里，规模足够大而且温度非常高，不但近在咫尺的伽利略号探测器拍到了这个壮观的景象，就连夏威夷莫纳克亚山顶的NASA红外线望远镜也拍到了这个现象。木卫一小啊，引力也小，喷出去的烟尘远比地球上火山喷发高多了。地面上的望远镜都发现了，木卫一“长毛”了。 当然啦，这几次探测器上的仪器毕竟没有全开，所以数据是不完整的。所以，JPL的团队安排了下一次拍照的任务，但是当时木星正好位于和地球相距最远的位置上，中间还隔着一个太阳。所以，任务必须在几个小时之中搞定。拍照倒是拍了，但是中间又一次遇上高能带电粒子的辐射，程序又重启了，所以很多数据依然是不完整的。而且这一次磁带机也出毛病了，真是屋漏偏逢连夜雨。由此可见，探测木卫一的麻烦有多大……

    24 min

  2. MAR 15

    探测器列传：30.彗星撞木

    首先是撞击产生的强烈闪光，撞击以后1分钟左右，因为木星大气层的反射。地球上也可能看到，木星的边缘被照亮了。撞击5分钟以后，升腾的炽热火球扩散上升到木星大气边缘。我们地球上虽然视线被遮挡，但是依然能看到木星地平线之下冒出头的火球边缘。 再过10分钟，随着自转，撞击痕迹出现在了木星的地平线上，隐隐约约能看见。撞击以后20分钟，撞击烟尘的红外信号强度达到了最大值。撞击以后1小时，烟雾羽流的扩散范围达到最大值。这个黑色的伤疤非常明显，尺寸比地球还大。这次撞击是一大串，某些撞击的痕迹范围甚至超过了大红斑的尺寸。 当然，仔细观察这些大的暗斑，你会发现，这东西也有类似环形山的圈圈结构。其实这也很容易理解，一滴水掉进池塘，也会出现一圈圈扩散的涟漪。道理都是一样的。我这几天在用模拟软件做希克苏鲁伯陨石坑的撞击过程。其实过程也是差不多的，大地也会瞬间融化，表现出近似液体的特征，也会出现涟漪，最后固化成了双圈环形山。 至于木星的卫星会不会被照亮，而出现闪光，这种现象还真的出现了。但是并不是每次撞击都有。有些闪光现象，持续时间达到几分钟。木卫一的颜色都改变了。其实这不是撞击一刹那闪光照亮了周围的卫星。而是爆炸产生的大火球照亮了木卫一。所以不但变亮了，还变色了。持续时间达到几分钟。说白了爆炸火球的色温不对。 更加神奇的是，在撞击发生45分钟之后，在木星的北半球出现了极光现象。也就是说，这种规模的撞击，对木星的电离层和磁层都有扰动。这种现象被罗塞塔X射线探测器发现并且记录下来了。不仅仅是可见光波段，X射线波段，也有扰动。7月21号，日本和我国的射电天文台发现了木星在射电波段有爆发……

    24 min

  3. MAR 8

    探测器列传：29.碎裂的彗星

    到了3月25号白天，卡洛琳开始用一种叫做立体显微镜的仪器来观察前期拍摄的照片，把相隔两个小时拍摄的同一个天区拿出来比对。如果两张胶片一模一样，没有任何天体移动过，那么双眼是看不出立体感的。但是，如果有个小天体移动了，就会产生立体感，这个小黑点就漂起来了。你要是眼睛好，观察仔细，就能迅速发现移动的掉黑点。卡洛琳是公认的高手，她截止到2002年，一共发现32颗彗星，500多颗小行星。 就这么一直折腾到下午4点钟，她发现一个小黑点漂起来了。也就是发现了一个移动的小天体。一般来讲，要是一个小圆点，估计就是小行星。要是带这个大尾巴，那就彗星，可是这个小天体不一样，虽然有个大尾巴，但是慧头部分似乎是被压扁了。这到底是个啥？ 卡洛琳马上叫尤金过来看，尤金也觉得这东西很奇怪。他们马上叫了同事列维过来一起看，还是列维眼睛比较好，他发现，这是一个被撕裂的彗星，现在这颗彗星已经变成了一串小颗粒，挤在一起，所以看起来像是个被拍扁的彗星。 当时天气不好，帕洛马山上空浓云密布，看来夜里无法观测了。尤金马上打电话给基特峰天文台的吉姆·斯科蒂，麻烦他用基特峰天文台的太空监视望远镜观测一下。太空监视望远镜口径1.8m，主管单位是亚利桑那大学的月球与行星实验室。用这个望远镜来进行观测，显然比尤金他们用的46cm施密特望远镜要强多了。 斯科蒂用他的大望远镜，真的找到了这颗破碎的彗星。于是这颗彗星就以发现者的名字来命名，也就是苏梅克-利维9号彗星。尤金和卡洛琳他们两口子共同的姓氏是苏梅克。从编号你也看得出，这是他们和列维合作发现的第9颗彗星了……

    26 min

  4. MAR 1

    探测器列传：28.一波三折

    这个探测器的总重量大概是2.2吨。轨道器采用了自旋稳定。也就是说探测器本身每分钟转3.5圈，用陀螺效应来保证自己的姿态稳定。但是，这个探测器很特殊，上半身旋转，下半身不转，因为下半身装着相机等等探测器一起，要是跟着一起打转转，那就没办法拍照了。这个探测器装了个CCD摄像机，清晰度比“旅行者”探测器的高20～1000倍，可分辨出木星卫星表面30～50米范围的细节。还装了红外线和紫外线的光谱仪。整个探测器的CPU是个8位的芯片，计算能力跟任天堂的红白机性能差不多。内存也只有16K。但是性能已经够用了。 当然，既然是自旋稳定，也就无法安装大面积的太阳能电池板，多新鲜啊，装了那不成电扇啦。只能用同位素电池，所以这个探测器也得用一根细长的杆子把核电池伸得远远的，就是怕微量核辐射干扰到了本机的其他仪器。核电池可以提供480瓦的电力。 探测器上有个非常大的伞形天线，就是一张倒开的伞，形成一个反射无线电信号的反射面。折叠起来可以减小尺寸。另外还有一个低增益天线，通信速度很慢，但是方向性不强，不需要特别对准地球。 大气探测器是艾姆斯研究中心研发的，这东西是个锥体。里边装的是大气传感器，可以探测木星大气层基本参数，比如气压、温度，成份等等一系列数据。探测器的外壳很厚，主要是为了隔热抗压。整个探测器重量达到339公斤，壳子就有220公斤重。这个东西最终会被扔进木星大气，最后被高温高压给破坏。所有数据会从两个频段，以128bit的速度通过轨道器中转，发送回地球。

    24 min

  5. FEB 22

    探测器列传：27.火卫一之旅

    1988年的7月7号，福波斯1号从哈萨克斯坦的拜科努尔发射升空，12号福波斯2号发射，这两枚探测器一前一后，直奔火星去了。 拉沃契金的工程师们终于可以回家睡个好觉了。地面测控人员是另外一批人，他们还在坚守岗位。16号和21号，这两颗探测器分别进行了轨道修正，完成的很顺利。 苏联的测控站分布在克里米亚、远东乌苏里斯克、还有乌兹别克的苏法射电天文台。他们拥有好几个口径70米的射电望远镜天线，无奈苏联地理位置不好，纬度太高，这一点不如美国人的测控网络，不过对于科学探索，大家还是可以通力合作的，美国人也参与了测控活动。苏联的测控人员本来是在克里米亚，后来移交给了莫斯科的测控中心。 这两枚探测器在路上也没闲着，它们俩都对太阳辐射进行了研究。首先是在X射线波段、紫外波段和可见光波段对太阳光谱进行研究。获取了太阳色球层和日冕层的三维立体结构。确定了太阳风的粒子成分。还研究了来自宇宙深处的伽马射线暴。这两颗探测器还成功的探测到了太阳的日震……

    24 min

  6. FEB 15

    探测器列传：26.空心的卫星

    当然啦。苏联人把火卫一定为目标也是有多种考虑的。火卫一和火卫二都已经被火星的引力潮汐锁定，也就是说基本上只有一个面朝向火星。但是，火卫一并不是老老实实像照镜子一样脸对着火星，而是在不断的摇头晃脑，这种现象叫“天平动”。 其实我们的月球也有天平动。其中有几个因素，首先，月球的自转轴和轨道面不垂直。所以，有的时候月球是抬着头面对我们，有时候是低头面对我们，总在上下点头，这叫纬度天平动。另外，月球的自转是匀速的，但是月球的公转不是匀速的，这两个速度差导致月球总在摇头，这叫经度天平动。点头和摇头以不同的周期结合起来，那就是绕八字了。这两种天平动都是视觉效果。但是物理天平动就不一样了，那是月球真的在晃动。只是月球很圆，受力很均匀，这种晃动极其微弱。 但是，对火卫一福波斯来讲，这家伙是个歪瓜裂枣，它形状不规则。所以，福波斯几乎拥有太阳系之中最大幅度的天平动。这家伙是真的在摇头晃脑，不是视觉现象。摇头晃脑意味着什么呢？可以利用这一点来测量福波斯的质量分布，你不是想知道福波斯是不是空心的吗？这不就知道了嘛。

    26 min

  7. FEB 8

    探测器列传：25.暗淡的蓝点

    就在1990年的2月14号情人节这一天，旅行者1号开始执行这个复杂的拍摄任务。你想啊，虽然旅行者1号的相机没有被关闭，但是，也是很多年不用了，为了这次拍摄，相机启动预热了足足3个小时。拍摄全家福应该是用广角相机，然后用长焦对着每个天体拍摄特写。然后把广角照片拉大，把特写贴到对应的行星位置。既能保证视野的宽广，也能保证行星的清晰度。这两台相机前前后后要拍60多张照片，然后发回地球做拼接。我们现在熟知的那张著名的暗淡的蓝点，就是其中的一张特写照片。 现在旅行者1号已经非常遥远，拍摄这些行星需要长时间的曝光才能获得可接受的图像质量。同时，随着距离的增加，通信能力也会减弱，限制了成像系统可以使用的数量亮。拍摄的照片太大，回传速度太慢也不行，需要权衡考虑。 在拍完这套全家福之后，旅行者1号的相机就彻底休息了，以后再也用不上了，反正未来的任务也不可能接近任何已知的重要天体了，其他的仪器还要继续长时间工作，所以不论是电力也好，计算能力也好，都要留给其他的仪器了。 拍摄完的这些照片数据最初存储在机载磁带里。由于深空探测网络的主要工作被分配给了麦哲伦号和伽利略号任务，只能分出一小部分时间对准旅行者1号，所以只能等到分配给旅行者号项目的时间段，才能开始发送数据。而且距离远，数据传输极慢，在1990年3月至5月期间，旅行者1号将60帧图像传回地球，前后花了两个月时间。 发送回的照片都是各个波段的单色图像。要拍摄彩色照片，需要用蓝色、绿色、紫色三张照片来叠加。有人奇怪，怎么不是RGB啊，红色去哪儿了？紫色就是蓝色与红色的叠加，所以紫色减去蓝色，就是红色。 这三张照片的曝光时间是0.72秒、0.48秒和0.72秒。《暗淡的蓝点》这张著名的照片，就是这么拼出来的。2020年，也就是全家福拍摄30周年的时候，NASA又发布了用最新技术重新拼接的照片，颜色做了校正，而且噪音也少了很多。这张照片叫做《重访暗淡蓝点》。

    23 min

  8. FEB 1

    探测器列传：24.冰巨星

    1977年，科学家们用柯伊伯机载天文台观测到了天王星遮挡一颗普通恒星的过程。柯伊伯机载天文台就是利用C141运输机改装的一个飞行天文台。本来科学家们是打算用天王星挡住一颗普通恒星的机会来研究天王星大气层。但是最后在记录的观测数据上发现了蹊跷。在天王星遮挡恒星之前，先来了几个脉冲，等到天王星遮挡结束，已经离开以后，又记录到几个脉冲。仔细提看，这两组脉冲还是对称的。 这个现象说明什么呢？那就是天王星存在光环。掩星的时候光环也参与了遮挡的过程，才会产生一前一后两组脉冲。只是这个光环太暗弱了，难以观测。你不可能用望远镜直接看见。科学家们从这些微弱的信号里前后找到了天王星的9条光环。这些光环被旅行者2号拍摄到了，而且还有得多。旅行者2号发现了两条新环，天王星的光环增加到了11条。此后，从哈勃望远镜拍摄的照片里又找到了新光环，天王星至少有20条光环。这些光环主要由冰和石块组成，比较窄，跟土星哪个宽大明亮的环形成了鲜明对比。土星的光环之中全是冰颗粒，反光率高。而且时不时冰颗粒就互相磕碰一下，表面的脏东西都掉下去了，所以土星环始终保持高反射率……

    31 min
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