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探天仪器及探天活动(上)

天文台的观测室为什么要建造成圆顶结构

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。

天文台

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太空，天文望远镜往往做得非常庞大，不能随便移动。而天文望远镜观测的目标，又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。

天文台为什么大多设在山上

天文台主要是进行天文观测和研究的机构，世界各国天文台大多设在山上。

天文台的主要工作是用天文望远镜观测星星。天文台设在山上，是因为山上离星星近一点吗?

不是的。

星星离开我们都非常遥远。一般恒星离我们都在几十万亿千米以外，离我们最近的天体——月亮，距离地球也有38万多千米。地球上的高山一般只有几千米高，缩短这么一小段距离，显然是微不足道的。

地球被一层大气包围着，星光要通过大气才能到达天文望远镜。大气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动等，对天文观测都有影响。尤其在大城市附近，夜晚城市灯光照亮了空气中的这些微粒，使天空带有亮光，妨碍天文学家观测较暗的星星。在远离城市的地方，尘埃和烟雾较少，情况要好些，但是还不能避免这些影响。

越高的地方，空气越稀薄，烟雾、尘埃和水蒸气越少，影响就越小，所以天文台大多设在山上。

为什么在海底也能建造“天文台”

海底天文台的出现，为我们打开了探测宇宙的另一个窗口。

在宇宙空间，有一种奇特的基本粒子叫中微子。科学家从预言它的存在到真正捕获它，整整花了30年的时间。中微子是一种不带电的中性粒子，它的质量要比电子小得多，却具有极大的穿透力，可以穿透任何物质，甚至从地球的这一头穿到另一头。

天文学家非常看重这小小的中微子，那是因为它携带着来自宇宙天体的信息。可是，我们要在太空中或是地球表面的大气层中捕获它真是太难了。于是，科学家根据中微子的特点，将搜寻、观测中微子的装置移到了地底下和海底，利用地表的岩石和海水来阻隔来自宇宙的其他粒子，从而密切注视中微子，并设法捕获它。

最早的星表和星图出自我国吗

把恒星在天上的方位和亮度记录下来，这就成为星表。若将它们的位置标在图上，便成为星图。正如旅行家离不开地图一样，星图也是天文工作者的必备工具。

距今2300年左右的战国时期，楚国的甘德写了《星占》八卷，魏国的天文学家石申写了《天文》八卷，后来有人把这两部著作合起来称为《甘石星经》。这是我国最早的一部星表，也是世界上最早的星表。《甘石星经》里共记载了800颗恒星，其中标明位置的有120颗。

1800多年前东汉的天文学家张衡所绘的星图，在《唐书》里有记录，但可惜原图也没有被传下来。苏州现在保存着一块南宋(公元1247年)的石刻星图，这仍然是世界上最古的星图。这块石刻星图由上、下两部分组成。上半部为一圆形的全天星图，星图直径达91.5厘米。全图共刻有恒星1400多颗，并刻有银河带、天赤道、黄道等。下半部为文字说明，简略地刻着天文基础知识。这一珍贵资料，已被列为全国重点保护的文物之一。

为什么天文学家要用望远镜观测星空

我们经常用“繁星点点”、“数不胜数”来形容天空中星星数量的繁多。其实，我们肉眼能够看见的星星并没有想象的那么多。天文学家已经详细计算过，全天空中，凭肉眼能看见的星星，总共只有6974颗。这只是宇宙中星星的极少极少的一小部分。还有许许多多遥远的天体，它们射到地球的光线很弱，用肉眼是看不见的。虽然我们平时认为眼睛很灵敏，并且对位置的判断也相当准确，但对天文学家来说是远远不够的，眼睛常常会被错视现象所“欺骗”。因此，天文学家在研究宇宙时，需要借助仪器来获得天体的精确数据。

伽利略用这架望远镜观测天空

17世纪初，光学天文望远镜的诞生，大大开阔了人们的眼界，为天文学带来了巨大的变革。由于人眼的瞳孔只有2～8毫米，而望远镜的口径比这大得多，因此，望远镜收集到的星光比人眼收集到的多得多。通过望远镜观测星空，遥远的天体变近了，变亮了。一台10米口径的光学望远镜，比我们肉眼接收到的星光要多上百万倍，由此可见望远镜的巨大威力。不仅如此，天文学家还在望远镜上连接了照相机、电子接收设备或光谱仪等，使得灵敏度有更大的提高，可以获得有关天体的更多的信息。

望远镜为什么越做越大

只要使用一台普通的天文望远镜观测浩瀚的星空，你就会发现，宇宙原来是那么色彩斑斓，充满着梦幻般的无穷变化。你不仅可以看到月球上的环形山，还可以看到土星亮丽的光环。如果使用更大的望远镜，你将会看到银河系内外遥远的多彩星云和星系。古人道：“欲穷千里目，更上一层楼。”对天文学家来说，想要探索遥远的天体，使用尽可能大的天文望远镜是必不可少的。

望远镜的大小通常是指它的通光口径，也就是物镜的直径大小。口径越大，收集天体辐射就越多，聚光本领就越强。因此，口径大的望远镜能观测到更远、更暗的天体，它反映了望远镜观测天体的能力。另一方面，望远镜的分辨本领是由望远镜的角分辨的倒数来衡量的，角分辨是指望远镜刚刚能分开两个天体(或一个天体的两部分)像的张角。高分辨本领是望远镜最重要的性能指标之一。在良好的天文台址的条件下，口径越大，望远镜的分辨率越高，能观测到的天体就越多。这就是为什么天文学家要不遗余力地建造越来越大的望远镜。

第一架天文望远镜是什么样子

据说早在1300年，意大利就出现了凸透镜的远视眼镜，1450年又出现了凹透镜的近视眼镜。17世纪初，荷兰眼镜商里普希的一个学徒无意中发现，一组凹凸透镜可以使高高教堂上的风标变得近在眼前，于是这种“幻镜”立即成为贵族太太、小姐们手中的珍奇玩物。里普希很有远见，他造了一架望远镜献给政府。据说这些望远镜后来使得荷兰海军在抗击强大的西班牙舰队的苦战中反败为胜。

1609年5月，望远镜的消息传到了意大利，热心科学研究的伽利略马上想到把它用于科学探索。他在一天之内就制成了一架能放大3倍的土望远镜，但这只能观赏远景。伽利略并不气馁，几经努力，终于在年底前造出了一架口径为4.4厘米、长1.2米、能放大33倍的当时最好的天文望远镜。

当然，今天看来，这架望远镜简陋得简直可笑：它只是一个圆筒，前头放一片凸透镜，后面置上一块凹透镜，除了少不了的支架外，再也没有其他什么附属设备了。但当这第一架天文望远镜指向天空时，就为我们开创了天文学的新世纪，使人类在认识宇宙的征途上向前迈进了一大步。

最大的折射望远镜是哪国制造的

伽利略1609年制成的第一架天文望远镜，就是一架折射望远镜。前面用一块凸透镜作物镜，后面的目镜是一块凹透镜，这样观测到的像与实物一致，是正像。现在观剧用的望远镜就是这种伽利略望远镜。后来开普勒提出用凸透镜作目镜，这样有利提高放大倍数，但观测到的像与实物上下颠倒了，是倒像。好在对于天文观测来说，正像倒像都是无所谓的，所以从17世纪中叶以来，天文望远镜一般都采用这种开普勒式。

望远镜能看到的星有多少，主要看望远镜前面这块物镜的直径大小(称口径)，因此随着科学技术不断发展，望远镜的口径越做越大。1888年，美国里克天文台装备了口径91厘米的折射望远镜；1897年，美国叶凯士天文台装备了造价349000美元、口径102厘米的折射望远镜，其镜筒长达18.6米；1900年，法国曾造出过一架长54米、口径为125厘米的折射镜，可惜它成像不佳，无法使用，故不久悄然隐退了。现在世界上最大的折射望远镜仍是里克和叶凯士的那两架。

第一架反射望远镜是谁制造的

牛顿制造的第一架反射望远镜

折射望远镜不仅镜筒很长，使用不便，制造巨大的光学玻璃也十分困难，口径很难进一步扩大。还有一个严重的缺点是它常有严重的色差现象，使得被放大的物体周围产生一圈彩虹似的“花边”，这样就得不到高质量的天体光谱。因此第一架天文望远镜问世不久，就有人开始了反射望远镜的研制工作。

第一架反射镜是英国著名科学家牛顿设计制造的，时间是1668年。顾名思义，反射镜是靠镜面反射光的，所以凹面的物镜放在望远镜的后面。牛顿建造的反射镜面是一块金属，面积很小，直径只有2.5厘米，全长15厘米，但却可放大40倍。

现代的大反射望远镜常常省去了镜筒部分，而且镜面也改用普通玻璃，再镀上一层铝膜制成的，这样可减轻望远镜的自重，把它做得更精致一些。

最大的反射望远镜是哪个国家的

随着天体物理研究的进展，反射镜也越做越大。18世纪赫歇尔的“巨炮”口径1.22米)是当时之冠。到1845年英国又造出了口径1.84米的更大的反射镜。这架望远镜全长达17米，仅这块反射镜玻璃便重3.0吨，真不愧是个庞然大物。

但人们并不满足，1917年美国已造出了口径100英寸(2.54米)的反射镜。1923年则开始筹建200英寸(直径5.08米)的反射镜。这个空前的巨型望远镜，一直到1948年6月3日才在美国帕洛玛山天文台举行落成典礼，并交付使用。

5米望远镜之大超过了人们的想象：玻璃坯浇制后花了10个月时间才冷却下来。为了磨成设计好的形状，仅研磨的磨料就用去31吨，而磨掉了5吨玻璃屑后还重14.5吨!整个望远镜的可动部分重量为530吨！

5米望远镜有着巨大的威力，它可以觉察到3万千米外的一支残烛。它交付使用后，有很多出色的新发现。

1976年，前苏联在高加索安装了总重946吨、口径为6米的反射镜。虽然这是现在的“世界之最”，但它的设计不太合理，后来又发生塌陷等严重问题，故在天文界几乎没有建树什么足以称道的业绩。

最大的太阳望远镜是美国制造的吗

为了详细地观察和研究太阳，要求望远镜呈现的太阳像又大又亮，即分辨的细节越小越好。而望远镜的分辨本领是与它的焦距成正比的，故要求把望远镜的焦距做得尽可能长，但是焦距太长使用很不方便。1904年，美国的海耳设计出一架水平式太阳望远镜，利用平面镜的反射巧妙地解决了这一矛盾。

后来发现，这种水平式的太阳望远镜会受到地球大气抖动的影响，难以得到高清晰的太阳像，而如果让太阳光在竖直方向传播这种影响就会大大减小。1908年海耳又首先在美国威尔逊山天文台设计建造了第一架竖直式(塔式)太阳望远镜，即太阳塔，此塔高18米。

最大的太阳望远镜装备在美国亚利桑那州的国立天文台，完成于1962年。它的主镜塔式太阳望远镜口径208厘米，成像镜口径152厘米，焦距几乎达100米。所成的太阳像的直径有84厘米，与饭桌桌面差不多。

第一个发现宇宙射电的人是谁

人们自古以来只用肉眼观测研究天体。谁也没有想到，这些天体还会像电台那样发射无线电波。最早窥破其秘密的是美国贝尔电话实验室的一位年轻无线电工程师——央斯基。

央斯基生于1905年，23岁时进入贝尔电话实验室工作，专门负责搜索和鉴别电话的干扰信号。1931年，他在设法排除电话中的天电干扰信号时，偶然发现了一种十分微弱但又十分稳定的噪声，而且它的最大值出现周期与地球的自转周期相同，正好为23小时56分04秒。他经过1年多的研究，断言这种无线电辐射来自银河系的中心。由此，央斯基成为射电天文学的创始者和奠基人。

什么是射电望远镜

我国最大的射电望远镜

射电望远镜是由一个有方向性的天线和一台灵敏度很高的接收机组成的。天线所起的作用好像光学天文望远镜的透镜或反射镜，它把天体发出的无线电波会聚起来。接收机的作用就像我们的眼睛或照相底片，它把天线所收集起来的无线电波经过变换、放大后记录下来。

射电望远镜受地球大气的影响较小，可以不分昼夜地进行观测。现代的技术使我们能制造直径比光学望远镜大得多的天线。目前，世界上最大的全可动射电望远镜的天线直径达100米，利用射电望远镜能使我们观测离我们100亿光年以外的天体。

有许多天体发射无线电波的能力，比发射光波的能力大得多。例如有名的“天鹅座A”射电源，它发射无线电波的能力要比太阳强100亿亿倍。因此不少遥远的用光学望远镜无法看到的天体，有可能被射电望远镜发现。

另外，在宇宙空间有不少的尘埃云，它们使遥远的天体所发出的光线大大减弱。而天体所发出的无线电波，由于它的波长比光波长得多，受这些尘埃物质的影响也就小得多。

由于这些原因，就使得射电望远镜能充分发挥它强大的威力，使我们能利用它发现更遥远、更暗弱的天体，探索宇宙深处的奥秘。

最早使用的射电望远镜是由谁制造的

射电望远镜有两大优点：它可透过光穿不过的云层，甚至不怕雨雾的阻挡，所以原则上它是“全天候”的仪器，可不分晴雨昼夜使用；它能收到极微弱的辐射，比大光学望远镜看舻得更远。因此它初露头角，就作出了不凡的成绩。尤其在20世纪60年代，天文上的“四大发现”都是它的功绩。

第一台正式用于天文上的射电望远镜是美国无线电爱好者雷伯在1937年制成的。他花费了很多时间和金钱，克服了许多困难，终于获得了成功。

这台望远镜的接收天线是个抛物面，直径9.45米。雷伯将它放在他家的后院里。它诞生后不久，就身手非凡，为人类发现了好几个宇宙射电源(发出无线电波的天体)。1939年春，雷伯用这架望远镜获得了第一张我们银河系的无线电强度分布图。

最大的射电望远镜是由火山改造的吗

射电天文诞生不久，许多国家就卷入了第二次世界大战，直到战争结束，这门学科才逐渐发展起来。最初的射电望远镜虽然灵敏，可是分辨细节的本领不大。为了提高这种分辨本领，就要求制造尽可能大的天线。

然而建造庞大的天线又谈何容易!除了巨额的资金外，要把圆盘状的抛物面天线做得十分巨大，工艺上也有很多难以克服的困难。于是，科学家想到了一些死火山的喷口。这种火山口与抛物面形状相去不远，是否可加利用呢?

20世纪60年代中，美国就有人作了大胆尝试。康奈尔大学的天文王作者，将波多黎各的一个死火山喷口加以修整，制成一个抛物面，然后在上面铺上了一层金属覆盖物，变成了一具巧夺天工的射电望远镜。这台射电望远镜的直径为305米，绕四周走一圈有1千米的路程。这是当代世界上最大的射电望远镜。

人类发明了哪些航天器

航天器分为载人航天器和无人航天器。无人航天器主要有2大类：一类是大家所熟悉的人造卫星；另一类是空间探测器。

人造卫星是航天器中最庞大的家族，它的数量占航天器总数的90％。

应用卫星是人造卫星中的主要成员，它们的数量最多，占卫星总量的3/4，包括气象卫星、通信卫星、导航卫星、侦察卫星、地球资源卫星等。

空间探测器是对月球和其他行星进行逼近观测或直接取样探测。所以，空间探测器要以比人造卫星更大的速度，摆脱地球引力的束缚，实现深空飞行。

载人航天器包括宇宙飞船、航天飞机、空间站、轨道间飞行器。

宇宙飞船是世界上最早发明的载人航天器，它属于一次性使用的航天器。宇宙飞船可以像卫星那样绕地球运行或登月飞行。宇宙飞船还担负着一项特殊的任务，就是充当空间站与地球间的往返运输器。

航天飞机外形像一架大型飞机。它靠火箭发射，利用无损滑翔返回地面，所以可以重复使用。

空间站是一种长期停留在太空的大型航天器，可供多名航天员在那里长期居住和工作。空间站里面具有一定的生产和实验的条件。

轨道间飞行器是从空间站到其他航天器，或从空间站到不同轨道位置空间站的载人运输工具。

最早的火箭是我国制造的吗

火箭技术是现代科学的尖端之一，需要许多门科学技术的互相配合。可是，你大概想不到，早在1700年前的三国时代，就有曹操的部队使用火药推动的原始火箭来阻挡诸葛亮人马的传说了。有确切文字可证明的第一枚火箭，是公元969年宋初制成的。到了13世纪的元代，火箭已成为我国战争中的一种“常规武器”了，而那时候，欧洲人刚刚才知道世界上还有黑火药这种玩意儿。

现代火箭的出现则是20世纪的事，第一次试验是1926年3月16日在美国马萨诸塞州的荒野里进行的。在雪地上，发明者戈达特博士点燃了一枚使用液体燃料的现代火箭，只听得它“轰”的一声，火箭腾空而起，但它的最大高度只有12.3米，飞行的距离不过55米，还没有一个足球场长。

把火箭作为导弹武器用于现代战争中，则已是第二次世界大战末期的事情了。德国法西斯为了挽救其覆灭的命运，曾向英国首都伦敦发射了8000枚秘密武器—V—1型火箭。这种原始导弹很像一架无人驾驶飞机，长8米，翼展5.5米，总重6吨，但其中的燃料却差不多有5吨。V—1火箭的射程不过240千米，时速也只有560千米，比当时的飞机快不了多少。

第一颗人造地球卫星是前苏联发射的吗

1957年10月4日，地球上空出现了有史以来第一颗人造“小月亮”。前苏联发射的这颗人造卫星，是一个铝合金做的圆锥体，直径为58厘米，拖有4根长“辫子”——无线电天线，总重量为83.6千克。它绕地球一圈的时间是96.17分钟。这颗人造卫星在空中飞行了100天，于1958年1月14日坠入稠密的大气层烧毁。而它上面的无线电设备仅工作了24个昼夜。

我国第一个人造卫星——东方红1号

我国发射的第一颗人造卫星是“东方红”1号。发射时间是1970年4月24日，卫星的重量是前苏联第一颗卫星的2倍——172.82千克，绕地球的周期是114分钟，近地点的高度为441千米，估计它的寿命是100年。

最亮的人造卫星是什么卫星

在天空遨游的2000多颗人造卫星中，只有极少数是肉眼可见的。这是因为它们一般都较小，又离开地面很远。但也有比较亮的。其中最亮的2颗卫星，光度可与织女星媲美，那就是美国用于超短波通讯的“回声”号卫星。这是一种无源(没有电源来放大讯号)无线电中继卫星，一共发射了3颗。它们的外壁是很薄的聚酯树脂塑料套组成的，外面还有一层牢固的铝膜，铝膜的厚度是0.0022毫米，只有普通报纸厚度的1/32。这层极薄的铝镀层，使98％的无线电波都能反射出去，反射光的效率也达95％以上，加上它们离地面也不算太高（1000千米)，因此在天空中显得特别明亮。

寿命最长的人造卫星是什么卫星

人造卫星的寿命相差悬殊，因为它基本上取决于轨道设计师的意图。如果轨道离地面较近，大气的阻力使它不断减速，最后必然落入底层大气而焚毁。例如，前苏联1964年3月27日发射的“宇宙27号”卫星，因为近地点还不到200千米，所以在轨道上只运行了1天时间。在2000多颗卫星中，寿命最长的是美国1970年4月8日发射的2颗军用卫星——“核爆炸检测卫星”11号和12号，它们与地球最近时也有11万千米以上——相当于到月球路程的1/3，所以估计若无“飞来横祸”(如与陨石相碰)，则可存在100万年！

怎么知道人造卫星在按预定的轨道运行

在太空工作的人造卫星和各种各样的航天器，都能在预定的轨道上运行。它们就像地面上的行人和车辆各走各的路一样，都有自己的运行轨道。尽管它们的轨道各不相同，但是，也像我们要遵守交通规则一样，也必须“遵纪守法”，那就是它运行轨道的平面，必须通过地球的中心。

如果它的轨道呈圆形，地心就是它的圆心；如果它的轨道是椭圆形的，那么，地心就位于椭圆的一个焦点的位置。

大多数的卫星在发射入轨时，速度往往稍大于第一宇宙速度，所以它们的轨道大多是椭圆形的。就像地球和太阳之间有近日点和远日点一样，卫星和地球的距离也是有时近有时远。人们把轨道离地面较近的一点叫“近地点高度”，把离地球最远的一点叫“远地点高度”。

人造卫星除了具有绕地球运行的固定轨道以外，还有一个重要的参数，那就是轨道的倾角。它是指卫星轨道平面和地球赤道面之间的一个夹角。

根据这个夹角的大小、轨道的近地点和远地点，世界各国的天文台就可以跟踪和计算出这颗人造卫星的运行，告诉我们这颗卫星什么时候在什么方位，看看它是否在预定的轨道上运行。

卫星可以从飞机上发射入轨吗

发射卫星，除了主要从地面使用火箭外，近年来也开始利用飞机来发射卫星，就是先把携带卫星的小型火箭用飞机送上一定高度，再启动火箭把卫星送入预定轨道。

从空中发射卫星具有很多优点。首先是发射费用低，至多为地面发射的2/3。这是因为火箭已在空中从母机获得了一定的初速度和高度，因而节省了许多昂贵的燃料。其次是发射的准备时间短，小型火箭通常只需几名技术人员花上2周时间就够了。再有，空中发射不需要有设备齐全的地面发射基地，也不会受到“发射窗口”、地面设备维修等的制约，随时可以从世界上任何一个机场起飞发射，而用户也可灵活地选择卫星的目标轨道。

当然，在空中发射卫星也有局限性。主要是卫星不能太重，卫星的轨道不能太高，这是由于受到母机运载能力和飞机飞行高度的限制。如用航天飞机，则可弥补这两点不足。

人造卫星是怎样返回地面的

跟卫星上天相反，卫星返回是一个减速的过程。为了可靠地回收，通常把需要返回的物品和在返回过程中需要工作的设备，集中在一个称为返回舱的舱体里，而无需返回的部分则在返回过程中提前抛掉，让其在大气中烧毁。

为了确保返回舱从太空轨道上安全返回地面，必须突破以下五大难关：①调整姿态关，先要把卫星从其在运行轨道的姿态准确地调整为返回姿态，并保持其稳定；②制动关，按时点燃制动(反推)火箭，使卫星脱离原来的运行轨道，让返回舱进入预定的返回轨道；③防热关，卫星在进入地球大气后，空气摩擦使卫星表面温度高达1000℃以上，因此不仅要保证返回舱在高温下不被烧毁，还要让舱内温度保持在仪器能工作的最高温度以下；④软着陆关，利用降落伞和回收系统，使返回舱在大气层较低高度范围内用很低的速度(约10米／秒)着陆，保证回收物品的完好无损；⑤标位及寻找关，要及早准确地预报和测量出返回舱的落点位置，使回收区的工作人员尽快发现返回舱，以尽快开展回收作业。

绳系卫星有什么用途

绳系卫星，顾名思义，它是一种用绳子系在其他航天器上的卫星。用一根长长的绳索，将卫星系在航天器上，一起绕地球飞行。

绳系卫星

绳系卫星有许多特别的用途，如对离地面约100千米的地球上空进行充分的探测。因为在这个高度上，飞机飞不到，气球也很难达到，而卫星的下界一般也在150千米以上，探空火箭所探测空域和时间则非常有限。如果在其他航天器下拴一个卫星，拖着它在离地面约100千米的高度上绕地球运行，就可以收集那里的大气层数据，了解太阳活动如何通过高、中层大气影响地面的气候和天气变化的机理等。

如果绳系卫星的系绳用导电材料制造，它就是一种探测器，可以获得许多有关电离层磁场的信息数据。此外，系绳在运动中不断切割地球的磁力线，它就成了一台发电机，这样，就可以为绳系卫星和牵引它的航天器(特别是航天飞机和空间站)提供电力，为长期在太空中运行的航天器提供部分能源。

气象卫星是怎样工作的

气象卫星按其运行的轨道可分为2大类：极轨气象卫星和静止气象卫星。

极轨气象卫星因其运行轨道每绕地球一周都要穿过南北两极而得名。它的轨道近圆形，高度在700～1000千米。这种卫星每绕地球一圈，可观测的地面范围东西宽度为2800千米，绕14圈可覆盖地球表面一次。但它对某一地区每天只能进行2次气象观测，间隔时间为12小时。其优点是可获得全球的气象资料，缺点是因地球自转，云图资料不连续。

静止气象卫星在地球上空3.6万千米的赤道平面上，因绕地球转动的速度与地球自转的速度相同，因而相对地球是静止不动的。它每半小时就能产生一幅占地球面积近1亿平方千米的天气资料图。其优点是资料可适时送到地面，能连续不断地观测同一地区，不足是一颗卫星只能观测地球的1／3面积，对高纬度地区(大于55°)的气象观测能力较差。

两种气象卫星用途各异，功能不同，各有长短，不能互相替代，但可以互相补充。如把这两种卫星结合起来，就能构成理想的气象卫星体系。

气象卫星上面安装的遥感仪器，接收来自“地球—大气系统”的各种辐射，并将所获取的资料转变为电信号，通过发射机传递到地面接收站，经计算机处理后，得到大气温度、湿度的垂直分布，大气中高层水汽分布，臭氧的分布与含量等参数，同时获取可见光云图、红外云图和水汽图像等资料，这些就是我们在电视上所看到的卫星云图。

什么是光子火箭

光子，就是构成光的粒子。当它从火箭的尾部喷出来的时候，就具有光的速度，可以达到30万千米/秒。如果用光子来作为火箭的推力，我们到达太阳的近邻——比邻星就只要4~5年的时间!

可是，光子火箭的设想还只是停留在理论上，制造它的困难在于它的结构。

我们已经知道，原子是物质化学变化中最小的微粒，原子又是由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成的。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子、中子和电子还可以分成许多微小的粒子，如中微子、介子、超子等等。

科学家还发现，宇宙中还存在着和这些粒子对应的、电荷相等而符号相反的粒子，如带正电的“反电子”、带负电的“反质子”等，这些粒子被称为“反粒子”。科学家预言，在宇宙空间还存在着“反粒子”组成的“反物质”，当粒子与“反粒子”、物质和“反物质”相遇的时候，就会发生湮灭，同时就会产生大得惊人的能量：500克的粒子和500克的“反粒子”湮灭，所产生的能量就相当于1000千克铀核反应时释放的能量。

如果我们把宇宙中存在的丰富的氢收集起来，让它和其“反物质”在火箭发动机内湮灭，产生光子流，从喷管中喷出，从而推动火箭，这种火箭就是“光子火箭”，它将达到光的速度，以30万千米／秒的速度前进。

探天仪器及探天活动(下)

什么是空天飞机

空天飞机是一种正在研究的飞行器，它的全称叫航空航天飞机。顾名思义，它既可航空，在大气里飞行；又可航天，在太空中飞行，是航空技术与航天技术高度结合的飞行器。

美国在1981年研制成功了航天飞机，成为航天发展史上的一个重要里程碑。但是，航天飞机仍存在着许多不足，主要是维护复杂、费用昂贵和故障经常发生等。而空天飞机与航天飞机相比，则更多地具有飞机的优点。它的地面设施简单维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，就连它的外形也酷似大型客机。它以液氢为燃料，在大气层内飞行时，充分利用大气中的氧气。加之它可以上万次地重复使用，真正实现了高效能和低费用。

什么是航天遥感技术

任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特性。航天遥感技术就是利用安装在航天器上的遥感器，来感测地物目标的电磁辐射特点，并将其记录下来，进行识别和判读。遥感器主要有2种，一种是胶片型的，一种是传输型的。

胶片型遥感的资料需要将航天器(如返回式卫星)回收下来，再对胶片进行冲洗判读，破译各种信息资料；而传输型遥感则不同，它不需要回收航天器，而是将遥感资料通过电波不间断地传到地面，当装有遥感器的航天器经过有接收站的上空时，地面接收站对航天器发射的电波信号加以捕捉和接收。航天遥感分辨率已由最初的几十米、十几米发展到现在的1米以内。

航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多光谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物的资料，因此航天遥感技术在国民经济建设和军事抗争等很多方面，都获得了广泛的应用。例如应用于气象观测(气象卫星)、资源考察(资源卫星)、地图测绘(测地卫星)和军事侦察(侦察卫星)等等。

为什么要把哈勃望远镜送入太空

哈勃望远镜太空观测

我们知道，宇宙深空的天体离地球非常非常遥远，所以要使用分辨率很高的大型望远镜才能观测清楚。分辨率要高到什么程度呢?要能看清10千米以外的一枚1角硬币!

可是，在地球表面，即使望远镜本身制造得再好，也难以达到这个要求。

首先，地球表面有“讨厌”的大气层。它不仅把0.3纳米以下的紫外线统统阻挡在地球外面，而且会产生模糊效应，使得再好的大型望远镜的分辨率也难以接近光学上的所谓的衍射极限。而把同样的大型望远镜放到处在真空环境的太空，分辨率可提高10倍。

其次，地球上有“讨厌”的引力。大型望远镜需要巨大的光学透镜，地球的引力会使大透镜制造时产生微小的形变，而微小形变会使望远镜分辨率大大降低。哈勃太空望远镜刚刚升空时，就因为望远镜的主镜的边缘在地面加工时多磨去了2微米(大约只有头发丝的1／50)，而无法使用。结果，“奋进号”航天飞机只能上天，派出航天员给哈勃太空望远镜“戴上”称为“光学矫正替换箱”的“眼镜”，才使“哈勃”的“视力正常”。

再有，就是“讨厌”的震动。无论是人类活动产生的震动还是地球内部产生的震动，都会影响望远镜对宇宙深空的观测。

要找一个没有任何干扰、“与世隔绝”的环境，那么就只好把哈勃太空望远镜搬到太空中去了。

为什么要建造空间太阳能发电站

利用太阳能发电，在今天已经不是什么梦想。但是在地面上用太阳能发电受着种种限制，把太阳能转变为电能的效率很低。如果要获得充足的电力，就必须铺设面积巨大的太阳能发电板。而这对于寸土寸金的地面来说，显然是十分困难的。所以，太阳能发电站至今没有能够真正大规模地投入实用。

而在太空，广袤的空间就有铺设太阳能接收板的最佳条件。而且，太空中的太阳辐射，由于没有地球大气的阻隔，强度要比地面上大得多。据估计，使用同样面积、同样材料的太阳能接收板，其发电的能力要比地球上高出10倍。现今，人们正为地球上的能源不足和大气污染而倍感困惑，太空太阳能发电更是受到了科学家们的青睐。

航天器为什么要在太空中进行对接

空间站通常建在近地轨道上。1971~1982年，前苏联向太空发射了7座名为“礼炮号”的空间站；1973年，美国发射了一座名为“天空实验室”的空间站；1986年，前苏联又发射了“和平号”空间站。美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局的11个成员国，共同筹建世界航天史上的最大航天工程——国际空间站。

航天器太空对接

科学家建立这些空间的港湾，其目的是进行生物医学、天体物理、天文观测和建立太空工厂。因此，有许多科学家必须在空间站里工作一段时间，空间站里的设备需要维修，给养需要补充，人员需要更换……这些工作都由航天飞机和宇宙飞船来承担。当它们来到空间站的时候，由于太空的险恶环境，不能像汽车进站和轮船进港一样方便，这就需要进行太空对接。

为什么许多航天器要像陀螺那样旋转

在无依无靠的太空中，一个航天器始终要保持一种特定的“姿势”，在某个轨道上运行，或是“固定”在太空的某个位置上，是十分困难的。

太空中没有“风”吹，没有“人”去推，航天器为什么还会自己“开小差”呢?其实，由于太空中的不均匀的引力、残留的大气和空间微小颗粒的碰撞，都会使航天器处于不稳定状态。

为了使航天器保持稳定的状态，科学家们干脆使航天器像陀螺那样旋转起来。我们知道，凡是高速转动的物体，都有一种保持转动轴方向不变的特性，这叫做自旋稳定或定轴性。

在太空中，航天器受到的空气阻力很小，又没有摩擦力，所以，让航天器像陀螺那样旋转，可以十分经济有效地使航天器保持稳定的定向，这种自旋稳定还具有较强的抗干扰能力。

航天器在太空中怎样实施了首次对接

1995年6月，美国的“阿特兰蒂斯号”航天飞机和俄罗斯的“和平号”空间站在太空首次对接成功。质量为100吨的航天飞机和质量为124吨的空间站，在缺乏重力的太空环境下对接，任何失误都可能导致相互碰撞而失败。因此，对接的过程十分缓慢，两者的相对速度大约是2.5厘米／秒。对接系统采用了2个圆环构成的双重结构，上层圆环可以缩进，装有3个花瓣状的挂接机械；下层是基座，装有12组挂钩和插销。

两个庞然大物在太空不断纠正航线，终于衔接在一起，这时机械弹簧锁把它们锁住。90分钟以后，对接口通道内灌进了加压空气，航天飞机和空间站的舱盖才打开，航天员们终于相会在一起，相互握手，欢呼对接成功。1995年11月，“阿特兰蒂斯号”航天飞机第二次与“和平号”空间站对接，为建立国际空间站做准备。

1998年12月6日，由美国“奋进号”航天飞机携带上天的“团结舱”——国际空间站的一个部件，与俄罗斯的“曙光舱”实现了对接。这次对接完成了国际空间站的第一期拼装工程，形成了国际空间站的核心。

2010～2015年间，我国将发射“天宫”一号目标飞行器和“天宫”二号、“天宫”三号两个空间实验室，还将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，然后再发射5艘飞船进行载人对接试验和载人驻留试验，预计在7年内连续发射7艘太空飞船。

航天飞机是如何像飞机那样飞回来的

作为天地往返的运输系统，航天飞机最为高明之处就是它能像飞机那样平安、完整地返回地面，从而实现了航天器的反复利用，这就大大降低了航天活动的成本。

然而要使航天飞机飞回来并不是件容易的事，主要的难关就是防热。

虽然航天飞机具有三角形机翼和垂直尾翼，使它在大气中飞行时能够具有良好的稳定性和操纵性，犹如一架飞机一样飞行自如，但当它从地球轨道返回地球时，会以极高的速度(接近30倍音速)冲入大气层，机身表面将跟空气发生剧烈摩擦，使表面温度急剧升高，这就是所谓的气动加热。加热的后果是使用铝合金制成的飞机结构立即熔化，因为铝合金的熔点只有660℃。因此，科学家不得不给飞机穿上一件特殊的“防热衣”。

在机头和机翼前缘，那里的温度最高，可以达到1600℃左右，就给它“穿”上一层耐高温的石墨纤维复合材料，以保护铝合金不被烧熔。在机身和机翼的上表面，温度是650～1260℃，这些地方就“穿”上一层由2万块左右耐高温的陶瓷瓦拼成的阻热层。陶瓷瓦每块15厘米见方，2～6厘米厚。在机身的侧面和垂直尾翼的表面，温度比较低，只有400～650℃。这些地方只需稍加保护，就“穿”上7000块另一种规格的陶瓷瓦。这种陶瓷瓦每块20厘米见方，0.5～2.5厘米厚。其他的部位最高温度不会超过400℃，“穿”上一层涂有白色硅橡胶的纤维毡就可，而不需去使用前面那种分量较重、价格昂贵的陶瓷瓦了。

在太空中如何修理出了故障的航天器

如同飞机、汽车等会发生故障一样，航天器同样也会出现各种各样的毛病。然而，远在地球上空400～500千米处飞行的“患病”航天器能不能修理呢?回答是肯定的，派航天飞机去修。

航天飞机本身就是绕地飞行的航天器，它所处的高度和速度跟那些出了问题在轨道上游荡的航天器几乎相同，加上它又具有能改变自己绕地轨道的轨道机动辅助发动机、控制飞行姿势的反作用控制发动机、抓取卫星的遥控机械手等精良设备，所以它就有可能飞到那些发生故障的航天器身旁去进行修理。

1992年5月14日，美国“奋进号”航天飞机将一颗2年前发射的因火箭发动机故障未进入预定轨道的“国际通信卫星6号F3”救了回来。给它安装了一个新火箭发动机，直接弹射入太空，使卫星进入预定轨道。这颗价值1.57亿美元的卫星终于得以重新“就业”。

1993年12月，美国“奋进号”航天飞机对哈勃望远镜进行了修理。哈勃望远镜升空以后，科学家发现它发回的图像模糊，没有达到预期的效果。原来它的主镜磨坏了一点。以后又发现它的太阳能电池板出了问题，计算机的数据存储器也相继失灵。

于是，“奋进号”的机械臂把“哈勃”抓进了航天飞机，航天员为它更换了零件，并安装了一个新型的行星照相机等。这些修理工作进行了7天，修复后的哈勃望远镜比修复前分辨率大大提高，可见到暗10～15倍的天体。

国际空间站是怎样建立的

国际空间站是1993年决定上马的，由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局的11个成员国共同筹建，是世界航天史上第一次由多国合作建造的最大航天工程。

根据计划，国际空间站将分3个阶段来完成。第一阶段为1995~1998年，美国航天飞机与“和平号”空间站对接9次，利用空间站获取航天员在太空中长期工作和生活的经验，以降低国际空间站装配和运行中的技术风险；第二阶段为1998~1999年，一些主要部件将发射上天，在太空中构成一个过渡性的空间站，达到有人照料的状态；第三阶段为2000~2004年，完成全部硬件的装配。整个装配将要动用美国和俄罗斯共47次航天发射，大批航天员将在太空中进行操作。

完工后的国际空间站，由6个实验舱、1个居住舱、2个连接舱、服务系统及运输系统等组成，是个总长88米、质量约430吨的庞然大物。它运行在约400千米高度的太空中，4个宽为108米的太阳能电池提供功率为110千瓦的电力，空间站的居住舱容积为120立方米，气压始终保持在一个标准大气压。与“和平号”空间站相比，可算是“鸟枪换炮”了。

人类最早对哪颗行星进行探测

除了月球外，金星是与我们最靠近的行星。很自然地，它是人们进行行星际探索的“第1号种子”。

1961年2月4日，前苏联发射了一个重640千克的“试验卫星”飞往金星，但是当它从绕地球轨道再启动时，运载火箭不听指挥，于2月26日坠毁。

金星探测一开始就“出师不利”。前苏联头3艘飞船不是运载火箭出故障，就是无线电失灵。美国1962年7月22日发射的“水手”1号，还没飞出大气层就爆炸了。但人们并不气馁。'美国在1962年8月27日发射的“水手”2号飞船，经过111天的长途跋涉，终于在12月24日飞抵金星区域，在离金星表面3万多千米的地方，拍摄了许多金星的“特写镜头”。这是人类第一批拍到的近距离金星照片。“水手”2号还首次测量了金星大气中的温度情况及化学组成等，向地球送回了重要的资料。

发给“宇宙人”的第一份电报是什么样的

1974年，人们通过最大的射电望远镜(雷达)，向看来有希望的天区发了许多无线电呼号，这份“电报”使用的是计算机的语言——全部是“0”和“1”。“电报”全文共有1679个数字，它们组成了一幅幅包括数学、天文、化学、生物、人类学等丰富知识的图画。如其中一部分组成了这样的方块图：最下面一排是太阳系，右起第三个小方块(稍稍向外突出)表示是我们的地球，上方是一个地球人的轮廓，左面说明地球上的人数是43亿，右侧则表示地球人的平均身高……

科学告诉我们，在无限的宇宙中应当广泛存在着各种生命形态。对于高度发达的宇宙人而言，是不难把这种“电报”翻译出来的。所以如果像“牛郎”、“织女”那样距离处有宇宙人的话，那说不定，现在的青少年读者将来会收到他们的“回电”呢！

什么是“阿波罗”登月计划

“阿波罗”登月计划也称“阿波罗”工程，是20世纪60~70年代美国组织和实施的一项载人登月工程。

“阿波罗”工程是世界航天史上的一个重要里程碑，它把人类的足迹移上了另外一个星球。工程始于1961年5月，至1972年12月结束，共组织了2万家企业、200多所大学和80多个研究机构约30多万人参加，历时11年，共耗资255亿美元。

阿波罗11号宇宙飞船

“阿波罗”工程包括运载火箭——“土星5号”和载人飞船——“阿波罗号”飞船两大部分。飞船总重45吨，由指挥舱、服务舱和登月舱三部分组成。从1966年起，“阿波罗号”飞船共发射了17艘：“1号”至“3号”为试验用的模拟飞船；“4号”至“6号”为无人飞船；“7号”至“10号”为绕地球或月球轨道的载人飞船；“11号”至“17号”为载人登月飞船。

1969年7月21日，“阿波罗11号”飞船在月球静海西南角着陆，航天员阿姆斯特朗首先走下登月舱踏上月面，成为第一个到达月球的人。“阿波罗”工程总共把6艘飞船送到月球，12位航天员在月面上停留，使人类对月球的了解大大前进了一步。

人类是怎样首次登上月球的

美国东部时间1969年7月16日，星期三，一个万里无云的好日子。上午9点半，庞大的“土星5号”运载火箭一声巨响，载着“阿波罗11号”宇宙飞船徐徐升上太空。

人类首次登上月球

三天后的7月19日下午，飞船到达月球上空，驾驶长柯林斯完成了最后的不允许出现丝毫偏差的轨道调整，使飞船在月球上空15千米处绕月飞行。7月20日，另外两名航天员阿姆斯特朗和奥尔德林登上了名叫“鹰”的登月舱，从飞船出发，随着制动减速火箭，“鹰”沿曲线轨道徐徐下滑，平稳地降落在月面上一个名叫“静海”的平原。经过6个半小时的准备后，身穿航天服的飞船船长阿姆斯特朗打开了飞船舱门，爬出舱口，在5米高的进出口台上呆上了几分钟，仿佛借以安定一下十分激动的心情似的。然后，他慢慢地沿着登月舱着陆架上的扶梯走向月面。为了使身体能适应只有地球1／6的月球重力环境，他在扶梯的每一个台阶上都要稍微停留一下，仅仅9级扶梯竟花费了3分钟!

通过电视，地球上亿万人看到了阿姆斯特朗先是小心翼翼地把左脚踏上月面，然后鼓足勇气将右脚也踏在月面上。

7月21日，阿姆斯特朗和奥尔德林完成考察任务后，进入登月舱的上升段，与在月球轨道上停留的柯林斯会合后，平安返回了地球。

人类首次登月的壮举，将永载史册。

第一位进入太空的人是谁

1961年4月12日，前苏联人加加林乘坐“东方号”宇宙飞船，绕地球飞行1周，历时108分钟，成为世界上第一位进入太空的航天员。

进入太空第一人——加加林

加加林于1934年3月出生在前苏联一个普通的家庭中。小时候他是一名淘气的孩子，但强烈的求知欲驱使他如饥似渴地学习他所涉猎的所有知识。在学校里他参加了科技小组，在教师的指导下，小组成员们制作了航空模型，并经常在空旷地方试放飞行。看着如蜻蜓一般敏捷的飞机模型在阳光灿烂的天空中飞翔，加加林暗自下了决心，将来长大一定要当一名飞行员。

在飞向蓝天的强烈愿望驱使下，加加林开始贪婪地阅读描写齐奥尔科夫斯基的书籍，他对这位航天之父十分敬佩。齐奥尔科夫斯基充满热情的精神、坚韧不拔的品格以及无私地献身于宇宙飞行的思想，对加加林的一生产生了巨大的影响，也许这就是他从一名飞机驾驶员变成为世界第一位遨游太空的航天员的动力。

“水手”4号成功拜访火星了吗

美国曾在1964年11月5日向火星发射了“水手”8号，但它中途“临阵脱逃”。13天后，“水手”4号又踏上征途。它的外形像一台风车，4个长约7米的“叶片”是太阳电池，可把太阳光直接变为电能。主体直径1.3米，总高2.9米，重261千克。经过228天的长途跋涉，终于在1965年7月14日到达了火星区域。15日零时，它从火星上空9846千米的高空飞过火星的向阳面，这时自动导向仪立即选择好各种最佳的角度开始“抢镜头”。在它飞越过火星的25分钟内，一共拍了照片21幅，每幅图上包含40000多个像点，因此分辨本领较高，发现火星表面上也有不少像月面上的环形山。“水手”4号还取得了其他许多成果，它证明了火星的大气很稀，其表面气压不及地球1％。从它发回的资料，人们还准确地测定了它的半径和质量。

航天员为什么用跳跃方式在月面上行走

月球是个低重力的环境，航天员即使穿上150千克的登月服，也不会感到重压在身，在月面上走起来显得轻飘飘的。但是，航天员在行走时，月面对他产生的水平推力也只有地面上的1／6，所以在月面上走一步比在地面上走一步所花的时间长，只能“姗姗而行”。同时，月面上有一层厚厚的细沙，走在上面很容易滑倒。再加上所背的大背包(登月服)使人体的重心后移，一不小心，即使是微小的后仰，也会“人仰马翻”，所以，在月面上航天员很容易跌跤。但是，月面上的跌跤却别具特色——都是慢慢地跌下去，但爬起来却又快又容易。

在月面上的航天员，如果像在地面上那样迈方步行走，自然就很容易跌跤。因此，他们改用单脚跳跃前进，后来，又想出了用双脚跳行，这样既快又可以减少体力消耗。他们像小孩似的在月面跳跃着前进，有时用单脚，有时用双脚，还边跳边喊：“太好玩了!太好玩了!”这种跳跃行走的办法，可不是航天员在地面训练时就事先想好的，而是他们在月面上的急中生智“创造”出来的。

人类为什么要开发月球

首先，月球上有丰富的物质资源。月球上有地球上所有的元素和60多种矿物，其中还有6种矿物是地球没有的。在月球的土壤中，氦的含量为40％，硅的含量为20％，还有丰富的钙、铝、铁等。

其次，月球上的引力只是地球引力的1／6，月球上的逃逸速度只及地球的1／5。所以，月球的低重力，无大气的环境，十分有利于航天器的发射。在月球上建立组装、维修、补给的人类航天基地，将成为人类飞往其他星球的中转站。月球航天基地会使星际飞行的难度和费用大大降低，人类进入宇宙的深度和广度将大大增加。

再次，月球没有大气包围，声波无法传递，在月球背面没有来自地球的无线电干扰。所以月球的这种无大气干扰、无声波和电波干扰的极其寂静的环境，是一个非常理想的稳定的科学实验平台。当然，月球的低重力、真空无菌的环境又是材料科学和医药学的研究和生产的理想场所。

将来，随着科学技术的进步，月—地旅行将会更加安全、舒适和低成本。那么，到月球旅游和移民就会成为现实。月球将是人类开发的“第六大洲”。

为什么要在月球上建立永久基地

随着地球上的能源日渐枯竭，自然就想到在月球上建立太阳能电站为地球所用。科学家设想，在月面上安装数以千计的太阳能电池阵，收集太阳能转化成电能，并以微波形式送回地球。月球发电有许多优点，它不受天气和季节变化的影响，而且费用低，安全可靠，几乎是取之不尽、用之不竭。

月球上引力小，加上没有大气的遮挡，十分有利于架设巨型望远镜，帮助人类更好地研究遥远星系的秘密。

建立月球工业和开采无公害的核原料，是月球永久基地的重要工作。高真空和低重力，使月球工厂能生产出许多地球上不能或难以制造出的高性能材料。月球土壤里有大量的核原料——氦-3，它是一种核聚变最理想的燃料，用它发电，不会造成环境的污染。

从月球上向其他星球发射探测器和宇宙飞船，要比地球上容易得多。近来在月球上又发现了水，这不仅可供航天员生活之用，而且用水制造出的液氢和液氧，正是火箭所用的燃料。未来人类远征宇宙之时，月球必然会成为不可多得的跳板和中转站。

为什么人类要多次探测火星

在太阳系的八大行星中，火星和地球在许多地方十分相似：火星自转一周是24.66小时，昼夜只比地球上的一天多40分钟；火星自转倾斜角也和地球相近，所以火星上也有春夏秋冬四季的气候变化；火星上还有大气层。

1877年，意大利天文学家斯基帕雷用望远镜发现火星上有许多细长的暗线和暗区，他把暗线称为“水道”。有人干脆把“水道”翻译成英语的“运河”，暗区就成了“湖泊”。有运河就有智慧生命的大规模活动。于是，1个多世纪以来，有关这颗红色星球上的火星人和火星生命的传说、猜测和探测不断出现。眼见为实，只有对火星进行逼近观测，才能彻底解开这些谜。20世纪50年代后，人类就开始了利用航天技术探测火星的努力。

人类探测火星的活动历程是怎样的

早在1962年11月1日，前苏联发射了“火星1号”探测器，开始了人类对火星的逼近探测。

1965年，美国发射的“水手4号”探测器，在距离火星9280千米的高处，首次拍摄了22张火星照片。

1969年，“水手6号”和“水手7号”探测器观测了火星南极，并且发现火星大气中的二氧化氮含量高达95％。

1972年，“水手9号”探测器拍摄了7000多张火星照片，这些照片显示了火星表面70％区域中的峡谷、火山和干涸的河床。

1974年，前苏联发射的“火星5号”首次拍摄了火星的彩色照片。

1976年，美国发射的“海盗1号”和“海盗2号”探测器携带的两个着陆器，在火星表面成功软着陆。它们测量了火星上的温度、风速、大气压，分析了火星大气和土壤的成分。“海盗号”还在空中拍得4500多张火星照片。

“火星探路者”探测器正在采集火星岩石样本

1996年12月，美国发射“火星探路者”探测器。这是自“海盗号”以后，人类再次把航天器送入火星表面，也是美国航天局跨世纪的一连串火星轨道和着陆探测计划的开始。

“火星探路者”携带了一辆六轮小跑车，称为“漫游者”。“漫游者”在着陆器着陆后的第二天走下着陆器，开始对选定的目标进行研究。在以后的90天里，“火星探路者”共向人类发回了1.6万张照片。

1996年11月，美国发射“火星全球勘探者”飞船。“火星全球勘探者”在1997年9月进入火星轨道，这是人类成功送入火星的第一个轨道器。

美国宇航局2008年8月12日发射的“火星侦察轨道器”（MRO）已于2009年3月10日成功完成精细的入轨机动动作。进入绕火星运行的轨道。离表面最近点的高度约420千米。入轨动作是MRO此次飞行中难度最大的环节之一。在人类此前30次对火星的探测中，只有65％成功入轨。

“卡西尼号”怎样进行跨世纪土星观测

人类探测土星的使命，交给了“卡西尼号”土星探测器。1997年10月15日，美国成功发射了“卡西尼号”大型行星探测器，这是20世纪人类耗资最大的空间计划之一。

由于土星距离地球非常遥远，有8.2~10.2天文单位(1个天文单位约合1.5亿千米)，所以，即使使用当时推力最大的火箭，也无法把质量为6.4吨的“卡西尼号”加速到直飞土星的速度。

于是，科学家巧妙地为“卡西尼号”设计了借助金星、地球和木星之间的引力，接力加速奔向土星的旅程。这样一来，“卡西尼号”的行程将增加到32亿千米，历时7年。1998年4月，“卡西尼号”绕过金星，在金星引力的作用下，加速并改变方向；1999年6月，它再次飞过金星，利用金星引力进一步加速，向地球奔来；1999年8月，“卡西尼号”掠过地球，借助地球引力加速飞向木星；2001年1月，“卡西尼号”从木星那里进行最后一次借力加速后，直奔土星。

“卡西尼号”于2004年7月到达了土星。“卡西尼号”实际上由2部分组成：载有12台科学探测仪器的轨道器和携带6台科学仪器的“惠更斯”子探测器。轨道器将围绕土星进行历时4年的全面的科学探测。

为什么发射火箭要沿着地球自转方向

发射火箭之所以要顺着地球自转的方向，道理正跟跳远和投掷铁饼一样，因为地球上的物体都随着地球的自转一起转动。根据惯性原理，如果顺着地球自转方向发射火箭，火箭在离开地球时就已经有了一个初速度，这个初速度的大小就是地球自转的速度。

地球由西向东自转，地球自转的线速度并不是全球各点都一样的，越近南北极，线速度越慢；越近赤道，线速度越快。在南北极的中心点上，线速度几乎等于0，可是在赤道上，线速度可达465米／秒。要使火箭绕着地球飞行不落到地球上来，那就需要使火箭达到7.9千米／秒的第一宇宙速度；要使它飞向月球，就需要达到11.2千米／秒的第二宇宙速度。要达到这样的速度，当然首先要依靠火箭本身的推力，可是如果火箭在赤道上发射，那么因为有465米／秒的初速度可借，火箭的推力略为小一点点，问题也还不大。

为什么火箭发射采用倒数计时

1927年，一批早期的宇航爱好者在德国成立了宇宙航行协会。不久，他们接受了为一部科幻电影《月里嫦娥》制造一枚真实火箭的任务。但由于缺乏经验，这枚真实的火箭始终未能制造出来，反而是制片商把一枚模型火箭先制造出来了。在拍摄影片的过程中，为了发射模型火箭，导演弗里茨·兰首创了倒数计时的发射程序。这种计时程序，既符合火箭发射规律和人们习惯，又能清楚地表示火箭发射的准备时间在逐渐减少。

10分钟准备，5分钟准备……1分钟准备，直到发射前10秒钟，而后是10、9、8……3、2、1，起飞!这种倒数计时，会使人产生准备时间即将完结，发射将要开始的紧迫感觉。

电影成为这种发射模式的先导。之后，德国在20世纪30年代制成第一枚试验火箭，以及40年代初研制“V-2”火箭时，都采用这种倒数计时的发射程序。40年代后，美国和前苏联研制的火箭和导弹，发射时也都采用了这种程序。它把火箭在起飞前的各种动作按时间程序化，既严格又科学，真是“万无一失”。

目前，世界各国的火箭、导弹和航天飞机的发射，自然就一直沿用这种倒数计时程序了。

火箭没有机翼靠什么改变方向

火箭大多数时间是飞行在大气层以外，那里没有空气，那么改变火箭的飞行方向靠什么办法呢?

靠的就是火箭内部的“驾驶员”——飞行控制系统。这个系统有两大作用，一是控制火箭向前飞行(由火箭发动机提供推力)；二是控制火箭的姿态(使火箭俯仰、偏航或滚动)。火箭的飞行控制系统靠敏感元件(类似人的眼睛)，去“观察”火箭的飞行状态是否正常(与预定的路线作比较)，如发生偏差，立即报告“大脑”(箭上计算机)，经过分析思考(计算机进行各种计算)，最后向执行机构(类似人的手和脚)发出修正指令，控制火箭沿正确的方向飞行。

火箭在真空环境里飞行时，如果用类似飞机的空气舵，自然就不起作用了，需改用燃气舵和摇摆发动机。燃气舵安装在发动机喷管的尾部，用石墨或耐高温的合金制成，当发动机燃烧室喷射出来的高速气流作用在舵面上时，就会产生控制力以改变火箭的姿态。摇摆发动机是将发动机安装在可变动推力方向的支架上，用改变推力的方向来达到改变火箭姿态的目的。因此，火箭的外形多是圆柱体，光秃秃的，它虽然没有机翼，但同样也能随心所欲地改变飞行方向。