走近科学

February 17th, 2009

近来金融危机,温总走访欧洲!他老人家在剑桥大学讲演,每一次金融危机都有一次科技的革命! 在此我收集一点数据和大家一起分享!
在奥巴马竞争总统时就有61位诺贝尔奖获得者的公开支持。其中25位是医学奖获得者,22位是物理获得者,14位是化学获得者,没有文学和和平奖获得者,也没有诺贝尔经济获得者。这些人当中,有一位是华裔--崔琦(1998年发现分数量子霍尔效应还有施特默和劳克林分享1998年度诺贝尔)。22位物理学家诺贝尔奖获得者中9名是高能物理学家。高能物理比较偏左。还有54位名诺贝尔奖获得者没有在公开信上签字。
目前全球深陷金融危机,科学和技术才是我们走出泥潭的关键。奥巴马拥有完整的科学咨询小组,其中还包括两位诺贝尔奖得主:哈罗德.瓦尔穆斯(Harold Varmus)和彼得.阿格雷(peter Agre); 麦凯恩的队伍却没有一位的科学顾问。

永远的王太后

December 23rd, 2008

在剑桥大学的校园里,许多地方都留下了英国王太后玛格丽特.博福特的身影。玛格丽特是一位积极而又虔诚的基督教信仰者,她一生投入了很多的热情和大量的精力支持宗教和教育事业。     当时的剑桥大学的校长是约翰.费希尔,他出生于约克郡一个富有的绸布商家庭。1494年,费希尔第一次遇到玛格丽特,就成了她的牧师。在16世纪初期,剑桥大学经济拮据得令人难以想象。费希尔知道玛格丽特的为人,便说服把原先准备捐赠给伦敦西敏教堂的资金,改为捐赠给剑剑桥大学,得到了王太后的积极响应。     1505年,王大后在剑桥接手了创立于1437年的一所小型神学院,并加以扩建,改名为基督学院。6年后,王太后又出资在13世纪修建的剑桥圣约翰医院的基础上创立了剑桥大学圣约翰学院。由于王太后的慷慨解囊,后来不少贵族和大臣在她的行为的感召下也来资助圣约翰学院的扩建。     在王大后的资助下,7年内剑桥矗立起两所新学院,人们被王太后的恩典所折服。尽管当时基督学院有12个院士和80多名学生,圣约翰学院有50个院士和150个教职员,但却是中世纪剑桥规模最大的也最有影响的学院。在基督学院和圣约翰学院的大门上方,人们可以看到王太后玛格丽特手捧《圣经》的画像和她的盾形纹章雕刻。     史学家们认同并赞美玛格丽特的品质和德行;批评家们除了认为她唯一的错误就是生在一个“错误的年代”以外,也没有别的词汇对他加以形容;穷人怀念她无私的施舍;得到过她资助的大学生们把她作为他们的“模范”。她的善良和虔诚永存在普通公众当中。       “赠人玫瑰,手有余香。”当一个人看到别人因自己的帮助而摆脱困境,看到别人因自己的帮助而就些振作,看到别人因自己的帮助而高兴,快乐,有谁不感到幸福呢?帮助别人其实也是帮助我们自己,帮我们突破生命的藩篱,帮我们成就永恒的精神世界。

行动永远都不晚

December 19th, 2008

2001年3年15日,一个名为“摩西奶奶在21世纪”的画展,在华盛顿国立女性艺术博物馆举行。摩西奶奶是谁呢?她原本只是美国弗吉尼亚州的一位农妇,76岁时因严重的关节炎不能再做农活了,便开始学习她梦寐以求的绘画。四年后,她到纽约举办了生命中第一次画展,结果引起了巨大轰动,媒体争相采访。她一生共活了101岁,留下了1600余绘画作品。在生命的最后一年,她还创作了40多幅。 画展上还展出了摩西奶奶的一部分私人收藏品,其中最引人注目的是一张明信片,它是摩本奶奶1960年寄出的,收件人是一名叫春水上行的日本人。这张明信片是第一次公布于众,上面有摩西奶奶画的一座谷仓和她亲笔写的一段话:“做你喜欢做的事,上帝会高兴地帮你打开成功的门,哪怕你现在已经80岁了。”摩本奶奶为什么要写这段话呢?原来这位叫春水上行的人想从事写作,因为他从小就热爱写作。可是大学毕业后,他一直在一家整容医院里工作,这让他感到非常苦闷。马上就30岁了,他不知该不该放弃那份令人讨厌却收入稳定的工作,从事自己喜欢的事情。于是,他就是给摩本奶奶写了一封信,希望摩本奶奶可以帮他做出决定。收到春水上行来自日本的信后,摩本奶奶很感兴趣,因为过去的大部分来信,都是恭维他或向她索要绘画作品的,只有这封信是谦虚地向她请教人生问题的。虽然当时她已100岁了,可还是立即回了信。那张明信片上的春水上行,正是日本大名鼎鼎的作家渡边淳一。
 如果你想改变你的命运,再没有什么比大胆行动还要合适的。倘若不为你的梦想做点实际行动,那么再好的想法也会付诸东流,那些曾经美妙的思考最后将在光阴的年轮中搁浅。所以,你心里想做什么,就大胆地去做吧!不要在乎自己的年龄有多大和现在的工作状况如何,因为你想做的那件事才是你真正的天赋所在,才是你人生的成功点,才是你生命的寄托和精神家园。
 
 
来源《剑桥家训》

蝴蝶总理

December 19th, 2008

几十年前,加拿大有一个小男孩,由于生病导致局部麻痹,嘴角畸形,每当讲话时嘴巴总是歪向一边,因此相貌十分丑陋。更糟糕的是,他还有口吃的毛病,另有一只耳朵什么都听不见。可以说,生命中所有的不幸都降临在这个可怜的小男孩身上了。 但是,这个小男孩并没有因为自己有如此多的不幸而自暴自弃,灰心绝望,羞于见人,相反,他总是尽一切努力去克服自己的缺陷。 为了矫正自己的口吃,他模仿古罗马一位有名的演说家,每天在嘴里含一块小石子讲话,朗诵。几天下来,孩子的舌头和腮部就被石子给磨破了。看着嘴巴和舌头被石子磨得鲜血直流,母亲心疼地抱着他流着眼泪说:“不要练了,我的孩子,妈妈一辈子都陪着你。”懂事的孩子替妈妈擦掉眼泪说:“妈妈,书上说,每一只漂亮的蝴蝶,都是自己冲破束缚的茧之后才变成的。我一定要做一只美丽的蝴蝶。” 经过男孩不懈的努力,他终于能流利地讲话了。因为他的勤奋和善良,中学毕业时,他不仅取得优异成绩,还获得了良好的人缘;同学和老师都很喜欢他,从来拿他的相貌开玩笑,并认为那正是上帝独有的创造。 1993年10月,他参加了全国总理大选。他的对手居心叵测地利用电视广告夸张他的脸部缺陷,然后写上这样的广告词:“你要这样的人来当你的总理吗?”但是这种行为不仅没有取得预期的效果,相反,这种极不道德的,带有人格侮辱的攻击招致了大部分选民的愤怒和遣责。各大媒体闻风而动,立刻将这个男孩不平凡成长经历挖掘并宣扬了出来,赢得了选民们极大的同情和尊敬,男孩的得票率一路飙升。“我要带领国家和人民成为一只美丽的蝴蝶”的竞选口号使他以高票当选为总理,并在1997年再次获胜连任总理,人们亲切地称呼他为“蝴蝶总理”。他就是加拿大第一位连任两届总理的让.克雷蒂安。 
 外表固然很重要,但那是我们无法决定的。我们唯一可以决定的只在我们自己。与其用华丽的外衣装饰自己,不如用丰富的知识与优秀的品德武装自己。命运仍然掌握在自己手中,既然立志成为美丽的蝴蝶,就要努力冲破束缚的茧。请记住,只要心目中目标,它就会像一盏灯照亮你的道路,让你冲破困难化蛹成蝶!
 
 
来源《剑桥家训》

蝴蝶总理

December 19th, 2008

几十年前,加拿大有一个小男孩,由于生病导致局部麻痹,嘴角畸形,每当讲话时嘴巴总是歪向一边,因此相貌十分丑陋。更糟糕的是,他还有口吃的毛病,另有一只耳朵什么都听不见。可以说,生命中所有的不幸都降临在这个可怜的小男孩身上了。 但是,这个小男孩并没有因为自己有如此多的不幸而自暴自弃,灰心绝望,羞于见人,相反,他总是尽一切努力去克服自己的缺陷。 为了矫正自己的口吃,他模仿古罗马一位有名的演说家,每天在嘴里含一块小石子讲话,朗诵。几天下来,孩子的舌头和腮部就被石子给磨破了。看着嘴巴和舌头被石子磨得鲜血直流,母亲心疼地抱着他流着眼泪说:“不要练了,我的孩子,妈妈一辈子都陪着你。”懂事的孩子替妈妈擦掉眼泪说:“妈妈,书上说,每一只漂亮的蝴蝶,都是自己冲破束缚的茧之后才变成的。我一定要做一只美丽的蝴蝶。” 经过男孩不懈的努力,他终于能流利地讲话了。因为他的勤奋和善良,中学毕业时,他不仅取得优异成绩,还获得了良好的人缘;同学和老师都很喜欢他,从来拿他的相貌开玩笑,并认为那正是上帝独有的创造。 1993年10月,他参加了全国总理大选。他的对手居心叵测地利用电视广告夸张他的脸部缺陷,然后写上这样的广告词:“你要这样的人来当你的总理吗?”但是这种行为不仅没有取得预期的效果,相反,这种极不道德的,带有人格侮辱的攻击招致了大部分选民的愤怒和遣责。各大媒体闻风而动,立刻将这个男孩不平凡成长经历挖掘并宣扬了出来,赢得了选民们极大的同情和尊敬,男孩的得票率一路飙升。“我要带领国家和人民成为一只美丽的蝴蝶”的竞选口号使他以高票当选为总理,并在1997年再次获胜连任总理,人们亲切地称呼他为“蝴蝶总理”。他就是加拿大第一位连任两届总理的让.克雷蒂安。 
 外表固然很重要,但那是我们无法决定的。我们唯一可以决定的只在我们自己。与其用华丽的外衣装饰自己,不如用丰富的知识与优秀的品德武装自己。命运仍然掌握在自己手中,既然立志成为美丽的蝴蝶,就要努力冲破束缚的茧。请记住,只要心目中目标,它就会像一盏灯照亮你的道路,让你冲破困难化蛹成蝶!

美为新太空望远镜造网球场大小巨型遮阳板

December 11th, 2008

设计人员正在检测遮阳板的涂层

韦伯望远镜在太空工作示意图

遮阳板展开后如网球场大小
 
据美国太空网报道,美国宇航局(NASA)的科学家日前表示,他们为即将于2013年正式升空的“韦伯”(Webb)太空望远镜制造了一块巨大的遮阳板。这块遮阳板全部展开后有一个小型网球场大小,可以使得望远镜在太空中免受紫外线辐射以及太空垃圾的碰撞和损坏。
  巨大遮阳板有如太空防晒油
  美国宇航局马里兰州戈达德太空飞行中心“韦伯”太空望远镜项目科学家马克-克莱平介绍说,其他任何太空观测仪都没有装备这种庞大的遮阳板。“哈勃”太空望远镜装备有一种遮光板,但这种遮光板与为“韦伯”太空望远镜所设计的新型遮阳板完全不同。此外,其他太空设备的太阳防护装置一般都是固定的,比如“斯比泽”太空望远镜上的遮阳板。因此,没有必要再次在太空轨道上部署固定的太阳防护装置,“韦伯”太空望远镜于是就采用了这种庞大的新型遮阳板。加利福尼亚诺斯罗普-格鲁曼公司“韦伯”太空望远镜项目经理马丁-莫罕说,“你可以充分发挥你的想像力去想像,这就好象是你外出时皮肤上涂上了一层防晒指数为120万的防晒油。在这一关键技术出现之前,各种防热材料在反射太阳光的同时,都会因此被加热。”
  遮阳板打开后,将会座落于“韦伯”太空望远镜之下并与望远镜垂直方向的主镜片呈正交角度。“韦伯”太空望远镜的主镜片直径约为6.5米。“韦伯”遮阳板分为五层,每层由聚酰亚胺薄膜、铝以及特殊硅膜构成。聚酰亚胺薄膜是一种由杜邦公司生产的聚脂薄膜状物质。由这三种材料构成的遮阳板可以将太阳的热量反射回去。在向阳面阻挡太阳光线的同时,背光面也会尽量将光线和热量散射最小化。克莱平解释道,“你也许会认为望远镜的另一面是黑暗无光的。但是当你利用望远镜进行宇宙探索时,即使从望远镜的不同位置散射过来的一点点光芒都有可能会伤害到你。我们现在讨论的是红外线,背光面的热源实际上一样可以散射进望远镜,并可能会被看作是一种观测信号。因此,你必须非常小心。”
  总体说来,遮阳板将能够保证望远镜在零下233摄氏度低温状态下的正常运行。如果温度再高一点点,或是望远镜发出热量,将会导致红外观测的失败。美国宇航局“韦伯”太空望远镜项目科学家乔纳森-加德纳介绍说,“红外线是一种热辐射。为了能够看到遥远的星星或星系所发出的微弱红外线,望远镜必须处于极冷的状态下工作。如果望远镜被太阳光线或地球热量加热的话,则望远镜也会辐射出红外线,这样就会淹没了目标红外线。观测也就成为一种空谈。”
  采用多项最新尖端科技
  据克莱平介绍,“韦伯”遮阳板体现了多种最新科技成果,比如完全被动的冷却技术。这种冷却技术并不是利用制冷剂进行降温。这是望远镜领域的一种最新技术,可以保证“韦伯”太空望远镜不少于5年半的使用寿命,而最乐观目标则是10年。而其他依赖于制冷剂的红外观测仪,则大多是利用液化氮或液化氦作为主要的制冷手段。“这种技术的优点在于,可以保证望远镜拥有一个相当长的使用寿命。望远镜当然也可以采用另一种技术方法,就是将其放入一个装满制冷剂的巨大冰箱中。但是随着制冷剂的慢慢消失,望远镜也到了生命的极限。”
  为了适应发射火箭的要求,这种体积庞大的遮阳板必须要事先折叠起来,就像降落伞一样打包起来随同望远镜一起升空。克莱平解释道“升空后,为了展开这一巨大的天线,还需要做许多工作。据我所知,望远镜进入轨道后,展开这种巨大的薄膜将是首要解决的任务之一。”工程师们不得不事先设计好这种薄膜的展开方案,以保证他们不会在展开时纠缠打结,更要保证遮阳板上的这层薄膜不会被破坏或擦掉。当遮阳板和望远镜进入最终轨道后,诺斯罗普-格鲁曼公司的工程师们将向“韦伯”太空望远镜发出打开遮阳板的命令。

韦伯望远镜2013年升空接替哈勃
  计划于2013年升空的“詹姆斯-韦伯”太空望远镜能够观测到一部分可见光波段,但其主要职责还是集中于红外线波段的观测。“韦伯”太空望远镜将被部署于地球与太阳之间的第二个拉格朗日点上,轨道距离地面大约150万公里。美国宇航局戈达德太空飞行中心负责人爱德华-韦勒说,在几年前成本超标之后,这项计划在过去20个月内的技术、成本和进度等每一个方面均实现了转折。“韦伯”望远镜被人们视为第一个新一代的太空天文台,它的运行轨道与地球之间的距离差不多有100万英里。这一优势允许科学家与宇宙进行更为“亲密”的接触,在过去50年的太空探索史中,这种情况是从未出现过的。
  
科学家们希望,这架新型望远镜能够收集“大爆炸”之后的早期宇宙以及太阳系以外的行星的数据,包括寻找这些行星上是否有生命存在迹象的证据。在一次室外举行的记者招待会上,美国宇航局和诺斯罗普格鲁曼公司的官员介绍了这一计划的进展情况。诺斯罗普-格鲁曼公司是美国国防部的承包商,负责制造“韦伯”太空望远镜。该公司程序主管马丁-默罕表示,“我们的研制工作进展的相当顺利,满足计划所提出的任何条件,我们承诺在2013年中期实现发射。”默罕指出,美国宇航局已批准了用于研制“韦伯”望远镜的10项所有的新技术。
  按照原定计划,“韦伯”将被送入月球之外的一个更为遥远的轨道。“韦伯”望远镜将要安装的一个主镜表面面积大约是“哈勃”主镜的6倍。除此之外,红外传感照相机和光谱仪也将在“韦伯”身上安家落户。实体大小的“韦伯”望远镜模型长80英尺,宽40英尺(12米),高40英尺。站在模型阴影里的默罕说,“还有一些有关工程学的工作需要去做,但设计工作已经完成了,这项工作完成之时距离发射还有6年多时间。”“哈勃”望远镜是在1990年发射升空的,在它的帮助下,科学家对宇宙的了解大大加深。但随着时间的流逝,这架望远镜正不断老化,该是到了退出历史舞台的时候了。相比之下,“韦伯”的功能则显得更为强大。
 
来源《环球科学》

NASA

December 9th, 2008

NASA正式成立于50年前的1958年10月1号。美国当时成立这个新机构,为的是同它争霸对手前苏联相抗衡,其实是冷战的产物。就在其一年,苏联发射了世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克”,使美国人产生了危机感。
在NASA成立后的头一个10年,美国人仍然落后于苏联人。世界上第一次载人太空飞行,世界第一位女航天员,首次拍摄到月球背面的图像,诸如此类的空间开发“第一”的桂冠,仍旧被苏联人夺走。
然而,在NASA成立后第11后的1969年7月,NASA将将两名航天员成功地送上了月球表面。那是人类第一次在地球之外的另一个天体上留下足迹的划时代事件,堪称人类历史上一块光辉夺目的里程碑。
NASA庞大的组织:1个本部和11个研究中心
NASA的前身是成立于1915年的NACA(National Advisory Committee for Aeronautics:美国航空咨询委员会),原来是一个研发飞机的机构。在NACA的基础上,增加了包括非军事目的在内全面开发宇宙空间的任务,这就是NASA。
NASA本部高在华盛顿哥伦比亚特区,在美国还设有10个研究中心,是一个庞大的组织。每个研究中心各有自己的专门研究领域。何如位于得克萨斯州的“约翰逊航天中心”,从事同航天中有关的研究,如进行航天员培训等。
坐落在加得福尼州帕萨迪纳的“喷气推进实验室”(JPL),主要从事探索太阳系的无人飞行器的研究,如“海盗号”火星探测器和“卡西尼号”土星探测器就是这个研究中心的杰作。于今年5月着陆火星,前不久首次发现火星上有降雪,确证火星上存在着水冰的“凤凰号”火星探测器,也是由这个研究中心研制出来的。各个研究中心集中非常优秀的研究人员,正是他们的辛勤工作完成了诸如阿波罗计划那样的伟大工作。
 
 

(这个是我用3D地图)

(这个是我用手机拍的,不清楚请见谅!)
1)    艾姆斯研究中心(Ames Research Center)
所在地:加利福尼亚州原海军莫菲特基地
成立年份:1939年(当时是研制飞机的研究所)
工作人员:1291人(2008年8月)
预算:5.483亿美元
NASA的计算机科学和宇宙生物学研究基地
 
2)    德莱顿飞行研究中心(Dryden Flight Reserch Center)
所在地:加得福尼亚州艾姆斯空军基地
成立年份:1946年(当时是研究超音速飞机的一个研究组)
工作人员:589人(2008年8月)
预算:2.431亿美元
进行高速飞机的研制等飞行研究
3)    喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)
所在地:加利福尼亚州帕萨迪纳
成立年份:20世纪30年代
工作人员:5425(2005年,包括非正式工作人员)
预算:12.223亿美元
加利福尼亚理工大学隶属的一个研究所,主要从事无人行星探测器的研究
 
4)    约翰逊航天中心(John Space Center)
所在地:得克萨斯州休斯顿
成立年份:1961年
工作人员:3449(2008年8月)
预算:57.586亿盖美元
为实现载人太空飞行而设立的一个研究机构,如进行航天员培训等。
5)    斯坦尼斯航天中心(Sernnis Space Center)
所在地:密西本比州
成立年份:1961年
工作人员:272人(2008年8月)
预算:2.15亿美元
进行火箭发射试验
 
6)    马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Filght Center)
所在地:亚拉巴马州享茨维尔
成立年份:1960年
工作人员:2656人(2008年8月)
预算:24.986亿美元
一直主要从事火箭研制工作
 
7)    格伦研究中心(Glenn Research Cnter)
所在地:俄亥俄州克利夫兰
成立年份:1941年(当时是研制飞机发动机的研究所)
工作人员:1686人(2008年8月)
预算:5.385亿美元
研究太空飞行系统,进行火箭和飞船试验。1999年改为以航天员(众议院议员)约翰格伦的名字命名
 
8)    NASA本部(NASA Headquarters)
所在地:华盛顿哥伦比亚特区
成立年份:1958年
工作人员1203(2008年8月)
预算:20.753亿美元
负责制订整个NASA计划,并监督工作任务的执行和完成
 
9)    戈达德太空飞行中心(Goddard Space Filght Center)
所在地:马里兰州格林贝尔特
成立年份:1959
工作人员:3174人(2008年8 月)
预算:24.215亿
NASA进行科学研究的基地。哈勃太空望远镜就是它承担的任务。
 
10) 兰利研究中心(Langley Research Center)
所在地:弗吉尼亚州汉普顿
成立年份:1917年
工作人员:1899人(2008年8月)
预算:6.081亿美元
NASA历史最长的研究所。从事空气动力学研究。据说也参加了菲尔普斯在北京奥运会比赛时所穿的“鲨鱼皮游泳衣”的研制工作
 
11) 肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)
所在地:佛罗里达州
成立年份:1962年
工作人员:2234人(2008年8月)
预算:14.866亿美元
NASA的主要发射基地。按照计划,下一次的航天飞机也闪在这里发射
 
 
我正式走入天文方面是看《太阳系写真》,《宇宙写真》这两本书开始的,后来慢慢看到航天方面的,对航天方面也就慢慢的有点了解。
文章来自由《科学世界》
向大家介绍一个3D地图 http://www.verycd.com/topics/184980/ (下载点) 第一张图片就是这个软件。这软件不错,值得一安装!可以用在多方面有作用。

星际旅行的发动机 反物质发动机

November 29th, 2008

1928年英国物理学家狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)首先从理论上提出了存在反物质的假说,认为存在和构成普通物质的基本粒子质量相等但电荷相反的基本粒子,并有由这样的基本粒子构成的反物质。仅仅4年后,这个假说就得到验证,加州理工的安德森(Carl David Anderson)发现了正电子,即电荷为正的电子的存在;1955年在美国伯克利高能质子稳相加速器上,研究人员制造出了第一个反质子,即电荷为负的质子;欧洲原子核研究委员会的研究人员又制造出了第一个反原子,他们造出了9个反氢原子,存在了40纳秒(也称毫微秒);到1998年他们一小时已经能生产2000个反氢原子了。现在,反物质正在医学领域发挥效用,用在正子放射断层扫描仪(PET scanner)中。不过制造反物质代价昂贵,在1999年如果想制造1克反物质的话,需要花费625亿美元。    需要说明的是,反物质的基本粒子不仅仅包括正电子和反质子,而是多种多样的,例如反μ介子、反π介子等等,它们是和对应的正基本粒子电荷相反的基本粒子,但它们的寿命太短暂,比如正反μ介子只能存在百万分之几秒钟,而正反π介子大约只能存在一亿分之二点五秒,寿命如此短暂的物质显然无法作为燃料。除了带电的之外,还有不带电的,如反中子、反中微子之类,以反中子为例,它虽然和普通中子一样都不带电荷,但一个反中子经过β衰变后就变成一个反质子,而不是一个带正电的质子,我们可以据此区分它们,不过这样不带电的粒子以目前的手段无法有效储存(甚至更糟糕,以我们目前的手段都无法直接观测到它们,而是通过湮灭间接观测),所以同样也不适合作为燃料。最后能够候选的还是反质子和反电子。    由于反物质和物质如果相遇,将会湮灭,正反物质的质量将全部转化为能量,按照爱因斯坦的质能公式E=mc2释放巨大的能量,就目前所知道的所有物理反应而言,这是效率最高的燃料。我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果,很理想的化学反应可以产生1×107焦耳的能量,核裂变产生8×1013焦耳,核聚变产生3×1014焦耳,而反物质的湮灭能产生9×1016焦耳,是氢氧化学反应的1百亿倍,太阳核心热核反应的300倍。这种飞船的比冲量将是最高的,而推重比也可能是最高的,一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年,而航天飞机那么巨大的燃料箱和推进器中的燃料完全可以用100毫克的反物质代替。    此外,反物质发动机的一个好处是反物质的湮灭可以自发产生,不需要象核发动机中的核反应那样需要许多条件,所以就不需要很大的反应堆,可以减轻飞船重量。因此,早在1953年德国火箭科学家Eugen Sanger就提出可以用反物质推进宇宙飞船,而以反物质为燃料的飞船其后也成为科幻小说作家喜爱的星际运输工具。    不过,若想把理想变为现实,还有许多困难要克服。首先是制造它太消耗能量了,因为我们目前还没有其他制造反物质的办法,所以只能把湮灭过程反过来,使用粒子加速器,根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质(以基本粒子的形态产生)。由于这个原因,现在全球每年才能制造出1百亿分之一克的反物质,这点反物质还不够加热一杯咖啡。    另外一个障碍是储存,因为反物质只要遇到正物质立刻就会湮灭爆炸,所以我们无法使用任何正物质制作的容器来存放它,现在都是通过磁场来保存这些反物质基本粒子。使用最多的是超冷真空的彭宁离子阱(Penning trap),这是种可以便携运输的反质子存放装置,利用迭加电磁场来存放质子,但正电子难以用这种方式存放。  

离子阱

  如果我们能在上述两方面取得突破性进展,就可以使用以反物质作为燃料的发动机来进行星际旅行了。我们并不需要达到原子级别的反物质,只要将基本粒子(亚原子)级别的反物质注入发动机让它同正物质反应一同湮灭就可以了。因此,我们就有两个选择,是用正电子还是反质子作燃料?    这倒不难选择,因为正电子和负电子湮灭只产生高能γ射线,这种高能γ射线是无法控制发射方向的,所以不适合作飞船燃料。而质子和反质子湮灭时,并不立即产生γ射线,而是产生3到7个介子,通常情况是3个带电介子和2个中性介子,其中中性介子几乎立刻转化成高能γ射线,而带电介子是有一定寿命的,正常半衰期是28纳秒,但由于它们以光速94%的速度移动,所以半衰期延长到70纳秒,并在衰变完毕前平均前进24米。是带电的就好办,我们就可以使用磁场控制它们的方向,让它们同推进剂发生作用。这些带电介子包含了湮灭的60%的能量,而这就是我们可以利用的能量。    反物质发动机的设计方案主要有四种,我在这里按照比冲量从低到高列出:    1) 固体核心:湮灭在一个固体核心的热交换装置内进行,产生的热量将氢推进剂加到高热,然后从喷口喷出,效率和推力都比较高,但由于原材料的原因,比冲量最多只能达到1,000秒;  2) 气体核心:让反物质同氢推进剂直接反应湮灭,产生的带电介子以磁场控制并将氢推进剂加到高热,但这样会产生一些无法控制的γ射线,比冲量能达到2,500秒;  3) 离子浆核心:以比较多的反物质注入氢推进剂并湮灭产生高热的离子浆,并以磁场来容纳它们,然后将离子浆喷出产生推力,这样同样会产生一些无法控制的γ射线,但这种方式不受原材料的限制,比冲量可以很高,大约在5,000秒到10万秒之间;  4) 粒子束核心(Beam Core):直接一对一地湮灭,然后以磁场控制带电介子并把它们直接从喷口喷射出去,由于这些介子的运动速度接近光速,发动机比冲量可能要超过1千万秒。因为湮灭产生的带电介子在衰变后变成半衰期更长的带电μ介子,所以这个办法完全可行。而且这个方式只需要反物质燃料,不需要推进剂,可以极大地减少飞船的负载。    由于湮灭的产物是以接近光速运动的,所以飞船必须造得很长,下图就是典型的反物质引擎飞船的想象图:  

反物质引擎飞船想象图

  预计使用粒子束核心反物质发动机的飞船从地球飞到火星只需要24个小时到2个星期(取决于地球和火星在公转中的相对位置),而要让目前的使用化学火箭发动机,则需要1到2年。    我们回到制造和储存反物质的问题上,如果使用粒子束核心反物质发动机的话,需要几毫克反物质来在太阳系内旅行,如果要去比邻星的话则需要几公斤,这远远超过了我们的制造能力。但在存放方面我们倒取得不少进展,美国宇航局和宾州州立大学的科学家们已经能用彭宁离子阱来存放1010个反质子一个星期,下一阶段是进展到1012个,可要满足反物质推进的需要,估计需要存放1020个反质子。    不过,科技进步的路子从来都不只一条,如果我们一时不能在制造和储存方面取得进展的话,也可以想办法减少反物质燃料的使用量。这种方式就是将反物质的湮灭和核反应结合,我前面介绍星际冲压发动机的时候,在结尾也提到了这种方式。    这种方式可以相互取长补短,由于反物质昂贵而且难以储存,所以少用反物质,多用核燃料;而由于核反应,尤其是进行热核反应的要求条件太高,所以用能够自然发生的反物质湮灭来触发核反应。这种结合的方式虽然比纯粹的反物质发动机产生的功率小,但毕竟更接近实际,从而容易实现。    需要注意的是,下面介绍的方法是不能用来发电的,因为输入的电量远大于输出的电量。但在宇航方面关心的是推力,而不是输入输出能量的经济性,所以不要紧。    1) ICAN-II    ICAN-II(ion compressed antimatter nuclear II)是由宾州州立大学的反物质太空推进小组(Antimatter Space Propulsion team)设计的,这种方式使用了反物质和核裂变的结合,用反物质来引发裂变。方法是让反质子撞击裂变物质的原子核,并同原子核里面的质子湮灭,产生的能量将使原子核分裂,其最终产生的能量要比普通的核裂变要大,估计去火星旅行一番需要140毫微克(1毫微克等于10亿分之1克)的反物质,远远少于粒子束核心反物质发动机的消耗量。  

ICAN-II飞船结构图,点击图片放大

ICAN-II上的反物质储存环

  2) AIM之星    AIM是反质子触发微裂变/聚变的缩写(Antiproton Initiated Microfission/fusion),按照宾州州立大学的设想,如果有了比ICAN-II中能得到的稍微多一点的反物质,就可以朝粒子束核心反物质发动机的方向前进一步,用反物质来加强裂变,从而加热聚变燃料引发聚变。这种发动机对反物质的需要量增加了,但需要的裂变物质比较少,而且有比ICAN-II更高的比冲量,大约在61,000秒左右。他们把按这种方式设计的飞船称为AIM之星(AIMStar),如果能有30-130微克(1微克等于1/1000毫克)的反物质,AIM之星探测飞船能在50年内飞到欧特云。  

AIM飞船想象图

  3) 聚变和反物质的结合    同样,这是把反物质在比较近的时期投入使用的尝试,不过需要比AIM方式再多一些的反物质。只有有足够的反物质,我们就可以完全抛弃裂变过程,直接用反物质湮灭产生的能量来触发惯性约束聚变,而不必象前面介绍惯性约束聚变时那样使用激光。估计使用这种发动机,我们能在1个月以内到达火星。    美国宇航局马歇尔飞行中心(Marshall Flight Centre)的研究人员期望,上述技术能在30-40年之内成熟并获得应用。    此外,同样有人设想将反物质湮灭同核反应结合,并用类似猎户座的爆炸的方式来推进,正在美国航空航天局下属的NIAC资助下研究反物质发动机的Hbar Technologies公司就设计了如下图所示的飞船。  

Hbar公司的反物质飞船象图

  显然,Hbar公司设计的飞船和猎户座一样有个推进盘,不过这个推进盘是在前方,而且直径只有15英尺(5米),这种反物质飞船结构相当紧密。飞船向推进盘喷出反物质,反物质粒子和推进盘碰撞产生爆炸,而物质和反物质湮灭时将和帆上薄薄的铀235涂层作用,产生少量的核裂变。这两个反应组合起来能产生最大的爆炸,用这种方法加速,Hbar公司设计的飞船在四个月里能达到每秒116公里。    这项研究的目的就是设计出一个小型飞船用以携带探测器,初步计划是在发送一个探测器并使之在10年内到达柯伊伯带。而这个公司到目前为止的成就显示,可以利用30毫克的反氢在10年内将一个载有小质量仪器的探测飞船送到距离太阳250天文单位远的地方;而根据初步测算,使用几克反物质则可以把同样大小的探测器在40年内送到比邻星。
来源<三思科学>

一年一度感恩节

November 27th, 2008

匆匆忙忙又一年啊,一年前的今晚我们大家在二号楼听程博讲故事,唱English song和看电影(圣诞节和飞天大盗)。今天的感恩节是缺少那份情了,今天的大家为了自己的事业和梦想各奔东西。在此祝各位同学和门特里的老师们节日快乐

这是诺贝尔文学奖得主吉卜林写给他12岁儿子的一首诗

November 23rd, 2008

如果在从人六神无主之时,你能镇定自若而不是人云亦云; 如果被众人猜忌怀疑时你能自信如常而不去妄加辩论; 如果你有梦想,又能不迷失自我; 如果你有神思,又不至于走火入魔; 如果在成功之时能不喜形于色,而在实验之后勇于咀嚼苦果; 如果看到自己追求的美好破灭为一堆零碎的瓦砾,也不说放弃; 如果辛苦劳作已是功成名就,就了新目标仍然冒险一搏,哪怕功名化为乌有; 如果你跟村夫交谈而不变谦恭之态,和王侯散步而不露谄媚之颜; 如果他人的意志左右不了你; 如果你与任何人为伍都能卓然独立; 如果昏惑的骚扰动摇不了你的信念,你能等自己平心静气,再作应对-- 那么,你的修养就会如天地般博大,而你,就是一个真正的男子汉了.
来源于<哈佛家训>