从太阳得到灵感,女物理学家发明新型火箭,一个月就能到火星

23小时前柚子在野区YaaRXnv

宇宙中有数之不尽的星球,我们人类能去的星球却少得可怜,在这些星球中,火星算得上人类最好的目标了。然而以我们现有的推进技术,火星其实还是很遥远的,在算好了发射窗口的情况下,我们也需要花半年左右的时间才能到火星,这无疑给人类的火星之旅增加了不小的难度,因此科学家们一直在致力于新型火箭的研究工作。

现在我们有了一个好消息,一位来自普林斯顿等离子体物理实验室的名为法蒂玛·埃布拉希米(Fatima Ebrahimi)的女物理学家发明新型火箭,据悉这种新型火箭比现有推进器快十倍,以这种实力,只需要一个月就能到火星,而根据这位女物理学家的介绍,她的这项研究是从太阳得到灵感。具体是怎么回事呢?下面我们就来了解一下。

人类现有的推进器为什么这么慢?

通常情况下,我们可以用“比冲量”来衡量一个推进系统的效率,所谓“比冲量”就是指单位推进剂所产生的冲量,其单位为秒,举个例子,比如说对于一个推进器的“比冲量”为100秒,我们就可以简单地将其理解为,该推进器每1公斤燃料可以持续产生100秒大小为1公斤的推力。

实际上,我们人类在航天领域使用得最多的化学火箭,其“比冲量”其实是很低的,例如著名的土星5号,其1级火箭的“比冲量”为263秒,而它的2、3级火箭也的“比冲量”也只有421秒。

化学火箭如此低的“比冲量”,使得我们要将一个物体发射到外太空,往往需要数十倍该物体质量的燃料,而即使进入了外太空,化学火箭也无法提供持续且强大的推力,当然也就飞不快了。

为了提高推进器的“比冲量”,科学家开发出了离子推进器,其基本原理就是先将工质电离成带电粒子,然后利用强电场产生的洛伦兹力将这些带电粒子高速喷出,从而使航天器获得推力。

由于在这个过程并没有什么能量损失,因此离子推进器的“比冲量”就要比化学火箭高得多,例如NASA的“NEXT”离子推进器,其“比冲量”就高达4300秒,比土星5号高出了十倍有余。

但现有的离子推进器却有一个缺点,那就是推力太小,简单来讲,这是因为现有的离子推进器喷出的带电粒子束质量太小了,对此有人将其推力形容为“只能吹动一张纸”。在这种情况下,现有的离子推进器就需要花很长的时间才能将航天器加速到想要的速度,而在此之前,它其实也飞得很慢。

那么应该如何提高离子推进器的性能呢?其实有办法,根据动量守恒定律,在质量不变的情况下,我们只需要想办法提高带电粒子的喷出速度,就可以获得更大的推力。

从太阳得到灵感

太阳的表面并不是一直都是“风平浪静”的,在有些时候,太阳表面会发生一种剧烈的爆发现象,并在短时间内释放出大量的能量,这种现象被称为“太阳耀斑”,观测数据显示,当“太阳耀斑”产生时,会伴随着强烈的带电粒子辐射,而这些带电粒子的速度往往可以达到每秒钟上千公里。

为什么这些带电粒子的速度会如此之快呢?想象一下,假如我们从绳子的两头向相反的方面一直拧,在这个过程中,只要我们的力量足够,那么绳子的形变就会越来越厉害,当达到极限的时候,绳子就会发生断裂,从而释放出能量。

太阳的磁场的磁力线也会发生类似的纽缠,这被称为“磁纽缠”,同样的,当太阳磁结构的纽缠达到极限时,也会发生断裂并释放出大量的能量,在此之后,磁力线又会重新连接,这被称为“磁重联”。由此我们可以看到,“太阳耀斑”产生的高速带电粒子,其能量是来自于“磁纽缠”能量的集中释放。

法蒂玛从太阳得到灵感,然后开始思考如何模仿这种机制,她通过仔细观察后发现,在“托卡马克”运行时,其中就存在着上述现象(注:“托卡马克”是一种有望利用磁约束来实现可控核聚变的环形装置)。

在接下来的时间里,这位女物理学家对“托卡马克”中相关装置进行了改进,着重优化了静电场和磁场配置,从而提高了“磁纽缠”能量释放的强度,并在此基础上发明了前面所讲的新型火箭。

(图为该火箭的工作原理图)

这种新型火箭有多强?

模拟运行的结果表明,这种新型火箭所喷出的带电粒子束,其速度可以达到每秒钟500公里,相对而言,NASA的“NEXT”离子推进器喷出的粒子速度只有每秒钟40公里,这就意味着,这种新型火箭可以比现有推进器快十倍,甚至更多。

由于以现有的离子推进器的实力,飞到火星大约需要9至12个月的时间,因此可以说,这种新型火箭一个月就能到火星。值得一提的是,这种新型火箭允许推进器内部的带电粒子由重原子或轻原子组成,这使得人们能够更加灵活地调整推力的大小,从而让航天器完成不同的任务。

需要注意的是,这项技术并不是想象中的那么遥不可及,因为它所需要的基础技术都是现成的,理论上来讲,只需要假以时间对相关部件进行完善就可以实现。可以想象的是,如果在不久的将来,这项技术真的投入了实际应用,那么对于人类而言,火星将不再是那么遥远,让我们一起期待吧。

#《周易》#:三种人生哲理,读懂受用一生
被奉为儒家六经之首的《周易》“事简而意深”,蕴涵着丰富的人生哲理与智慧。《四库全书总目提要》评价说:“故《易》之为书,推天道以明人事者也。”张居正对《周易》爱不释手,“座中置一帙常玩之”,并宣称“至圣人涉世妙用,全在此书”。
一. 人生之道:自强不息
对天地、自然的观察与取法是八卦创设、《周易》成书的基础。它向人们展示了一幅气势恢宏的天道运行图:“刚柔相摩,八卦相荡,鼓之以雷霆,润之以风雨,日月运行,一寒一暑,乾道成男,坤道成女,乾知大始,坤作成物。”“日往则月来,月往则日来,日月相继而明生焉,寒往则暑来,暑往则寒来,寒暑相推而岁成焉!”(《易·系辞》)
《周易》强调,人应“与天地合其德”,“人道”应符合“天道”。由此生发出一句千古名言:“天行健,君子以自强不息”。“自强不息”作为《周易》所倡导的人生之道,主要包括两层意思:

第一层意思是“刚健”。“刚健”即刚强、雄健,它为《周易》所推重,频繁地出现在书中各处,如“刚健而文明”“刚健而不陷”“动而健,刚中而应”“健而巽,刚中而志行”“刚健笃实,辉光日新”等等。必须指出的是,《周易》所提倡的“刚健”,并不是指那种没有限度的刚强。根据其“极则反”的思想,刚强过头就容易折断,因而“刚健”应是适度的、恰到好处的,亦即它所强调的“刚中”“刚健中正”。

第二层意思是奋斗不已。《周易》认为,天地万物生生不息,甚至枯杨都可以“生梯”“生华”(《易·大过》)。《周易》以64卦象征万事万物,而64卦的排列顺序却有些令人费解:“既济”排在第63位,而“未济”则列在第64位,亦即最后一个卦位。其奥妙与深意乃在于揭示这样一个道理:自然与社会是一个不断发展变化、永无止境的开放系统,因此人也需要不断进取。
《周易》还认为,即便身处困境,人们仍须不懈努力。《困》卦卦象是上“兑”下“坎”,坎为水,兑为泽,水在泽下,即意味着泽中无水,因而泽中生物处于困险之境,故名该卦曰:“困”。《易·困·象》曰:“泽无水,困,君子以致命遂志。”这便是要求人们在困境中不能丧失信心,而应奋斗不息,甚至舍弃生命以求实现理想。这种“自强不息”的追求,不仅是指导人生的大智慧,也是中华民族的基本精神。

二. 处事法则:明时、变通
 人生在世,为人处事颇为不易,故而《周易》在处事方面提出了“明时”与“变通”这两条重要法则。“时”在《周易》中屡被叙及,例如,《乾·九三》曰:“与时偕行”,《乾·上九》曰:“与时偕极”,《丰·彖》曰:“与时消息”,其他还有“时发”“时变”“随时”“对时”“时义”“时用”等等。
《周易》认为,处事要“明时”,务必考虑到“时”的因素,“时止则止,时行则行,动静不失其时。”“明时”观念给我们以多重启迪:其一,做事要合时宜。要认清时势,识时而行,顺时而为,做无愧于时代之事。其二,做事要讲时效。要珍惜时间,讲求效率做有益且有效之事。其三,做事要重时机。时机,无论是对于国家、民族还是个人都是非常重要的,把握了时机就增加了胜算、靠近了成功。所谓“机不可失,时不再来”,只有善于把握时机的人才能成功。

“变通”是《周易》的重要思想,也是它强调的一种处事方法。这种变通思想基于其变化观。《周易》本身就是一部充满变化思想的书。首先,从书名来看,“夫《易》者,变化之总名,改换之殊称。”(孔颖达《周易正义》)程颐说:“《易》也,随时变易以从道也。”(《周易程氏传》)朱熹的解释更加明了:“《易》,书名也,其卦本伏羲所画,有变易之义,故谓之《易》。”(朱熹《周易本义》)其次,从《周易》的爻、卦及其组合来看,爻和卦是《周易》的主要元素,爻分阴、阳两种,分别以符号“- -”“—”来表示,以三根爻上下排列组合,生成乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑八经卦,分别象征天、地、雷、风、水、火、山、泽等事物。将八经卦中的相同或不同的两卦任意上下排列,共可得64别卦,这64别卦分别代表宇宙间的万事万物及其变化。“爻者,言乎变者也”,而卦既是爻组合变化的结果,也演绎着变化之意,其中,“变卦”是《周易》预测过程中的一种方法,同时也表明了卦的变化属性。

《周易》的变通思想建立于其变化观的基础上,又蕴含着新的内容。何谓“变通”?《易·系辞》说:“一阖一辟谓之变,往来不穷谓之通。”又说:“化而裁之谓之变,推而行之谓之通。”因此,变通即通过变化以达到通畅之意。“易穷则变,变则通,通则久。”《周易》不仅重视变通的功用,而且强调合乎时宜的变通:“变通者,趋时者也。”“广大配天地,变通配四时。”(《易·系辞》)出于这一思想,《周易》对著名的“汤武革命”给予了很高的评价,说:“天地革而四时成,汤武革命,顺乎天而应乎人,《革》之时,大矣哉。”(《易·革·彖》)在人生旅途中,当我们在事业、工作、生活上遇到原有方式经事实证明行不通时,就应该“毋必、毋固”(《论语·子罕》),适时地进行总结和变通,这是《周易》给予我们的一条重要启示。

三. 警世之言:寓意隽永
《周易》于人生既有正面的激励之语,也有睿智的警世之言,兹举数例如下:
“亢龙有悔”。《乾》卦中,以龙来比喻君子,从初爻到上爻,描述了“龙”从潜伏到现于田、跃于渊、飞于天以至到“亢”的极高的过程,以此来比喻人的事业由小到大,地位从低到高的境况。值得注意的是,“龙”从潜伏到飞于天,其爻辞或为“无咎”,或为“利”等,而到了“上九”的位置时,却出现了“上九,亢龙有悔”的推断。悔即有过失、不幸的意思。为什么“亢龙有悔”呢?

《易·乾·文言》解释说:“子曰,贵而无位,高而无民,贤人在下位而无辅,是以动而有悔也。”又说:“亢之为言也,知进而不知退,知存而不知亡,知得而不知丧,其唯圣人乎。”因此“亢龙有悔”带给我们的训诫是:第一,人居高位时,易脱离群众,出现“高而无民”的情况,宜戒之;第二,高位,既是权力集中的中心,也常是矛盾集中的焦点,往往会“高处不胜寒”,宜慎之;第三,高位往往与成功、名气、鲜花相伴,容易产生骄傲自满情绪而成为“有悔”者,宜警之。

“履霜坚冰至”。履,践也,人在履霜之时,寒冬将临,坚冰将至。这句话表面说自然,实际论人生,寓意非常深刻,生动诠释了人事之吉凶皆由“渐”而来。对此,《易·文言·坤》予以进一步解释:“积善之家,必有余庆,积不善之家,必有余殃。臣弑其君,子弑其父,非一朝一夕之故,其所由来者渐矣”,强调“渐”和“积”这两个概念,并进而提出“知几”的观点:“其知几乎?几者,动之微,吉凶之先见者也。君子见几而作,不俟终日。”这便是警示我们“莫以善小而不为,莫以恶小而为之”,需要见微知著、防微杜渐。
“谦,亨,君子有终”。在这里,“谦”是指谦虚,“亨”是指亨通,“终”是好结果的意思。说明只要谦,就能亨通获得好的结果。《周易》分别从天道、地道、神道、人道来说明“谦”的道理:“天道亏盈而益谦,地道变盈而流谦,鬼神害盈而福谦,人道恶盈而好谦。”(《易·谦·彖》)翻开历史长卷:商汤、周文王、唐太宗等名君谦卑谨慎、礼贤下士,或取得天下,或赢来王朝的长治久安;而商纣王、隋炀帝等人因骄横专断,暴虐臣民,致使强盛的王朝毁于一旦。在漫漫人生路上,有多少人因谦虚谨慎、自强不息而终成大业;又有多少人因目空一切、骄傲自满而断送前程。这是《周易》给予我们的重要警示。
◎本文原载于《光明日报》(作者林晓平),图源网络,图文版权归原作者所有。

【五花柚柚又做梦了】
又做了个好长的梦
梦里一开始是一番和谐的景象:我们无意间发现了一些很久之前的「尸体」,这些「尸体」有着很大的研究价值,还可以非常明确地表明我们是有智慧的、可以进化的高级生物。然后我们这边就打算派一个人驾驶飞机运走这些「尸体」。我们心满意足地看着飞机开始升空。
然后
天空中突然掉下来一个硕大的圆盘状的物体,圆盘一侧喷着火与浓烟,刚一落地,就有一群不明生物从圆盘中弹出来,在地上打了几个滚后看到了我们。
那大概是一个科技很发达的社会吧,反正我们看到他们后没有丝毫的不敢置信,反而非常热情的准备把他们带到屋子里。
然后就听到他们中的一个人对另一个人说:“哇!我们这次到的地方好先进啊,连仿真人都做的这么精致!”
我们:??不敢多说话,先听他们讲。
通过刚才说话的那个人接下来一系列的描述,我们大概了解到,他们是来自遥远星系的“流浪者”,在宇宙中飘荡,希望可以找到高级生物以供他们更换“躯壳”。据他们所说,遇到可以让他们更换的“躯壳”实在是太难了,上一次碰到有智慧生命的“躯壳”还是在几十万年前,也就是说他们身上这个“躯壳”是从几十万年前的某种智慧生命手中抢过来的,之后他们碰到的,都是由机器制造的仿生人,不管外表有多精致,都是没法承受他们灵魂的一群机器。但是他们现在用的这个“躯壳”已经隐隐快要报废,所以他们急切地想要寻找下一个目标“躯壳”。
至于问到他们是怎么看出我们是“仿生人”的时候,他们这样回答:
“因为没有哪种智慧生命会不假思索地帮助外来生命。”
我:??有被冒犯到
但是我们还是没说什么,因为对方的科技水平明显是我们达不到的水平,我们更不想被这群流浪的“强盗”剥夺灵魂,献出躯体,只希望赶紧帮助他们修好飞行器(就是内个圆盘),尽快送走这几尊大佛。
但是,梦嘛,总是会有些出人意料。
上述对话发生的很快,快到什么地步呢,我们梦境最初的飞机还没飞多远。
我们中有心急的人已经开始准备修复飞行器等事宜了,走到飞行器旁边就拉开门想进去一探究竟。只是所有人都没想到,一颗大铁球像炮弹一样从门里弹出来,轨迹正对着我们飞机的操控台。电光火石间,里面所有的线路全部崩断,所有的显示器都黑屏,映着操作人员不知所措的脸。
“哎呀 太久没见过敢开我们门的生命了,我们都快忘了飞行器还有这一层防御保护机制呢。”
晚了
刚起飞不久的飞机因为不受控制而掉落(这里可能不太符合常识但是梦嘛,就将就着看吧),飞机上的人出来后一脸茫然地狂咳不止,显然是被落地的尘土刺激的不行。
现场一片混乱,我们如临大敌。
好在这群强盗虽然看起来科技很发达但是脑子不是特别好使的样子,也比较好说话,我们客客气气地让人先带他们去休息,我们收拾一下现场。
他们走后我们召开了紧急会议,讨论了下如果他们发现我们是有智慧的高级生物该如何应对,毕竟他们回去后稍加思索,就应该能发现为什么“机器人”也会被尘土刺激的咳嗽不止。。。
讨论无果,倒是他们先发现了不对劲,派人过来“委婉”地向我们表示,我们这个基地里的人不用全死,只需要提供几个“躯壳”让他们先换上,最好再给他们备几具“备用躯壳”……最后还说他们回飞行器等我们的消息。
qtmd!就没见过求人帮忙占人身体还这么理直气壮无理取闹的!什么玩意儿!
客气地“请”走他们派来的人后,我们开始思索下一步的对策。荒漠戈壁,线路全断,向外求援的路似乎已经被封上了;接触过飞行器的人表示,他们飞行器的材料坚固且稀有,应该不是地球上的物质,更何况还有出其不意的小机关,在不了解内部构造的情况下,恐怕我们对它束手无策。
在没有想出更好的对策之前,我们决定分工合作,一部分人先去修复损毁的线路,剩下的一部分人继续讨论该如何应对此次事件。
太难了,我就记得我们当中有人提议问用蛇鼠白蚁白骨做的画皮蒙混过关的可能性有多大……
突然,刚才从飞机上下来的那个人想到,我们飞机上还有几具刚发现的尸体,我们赶紧往飞机那边跑,一路上所过之处犹如大型灾难现场,一边要谨防脚下的塌陷,一边要躲避头上掉下来的屋顶,还会被时不时的不知道从哪里窜出来的火苗惊醒……
哎?惊醒?
嗯,然后就醒了,故事就这样告一段落啦,让我们衷心祝愿“我们”可以打败这群“流浪者”,让他们无法再为祸宇宙。


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