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目前，神舟十三号的三位航天员翟志刚、王亚平与叶光富，已经在中国空间站上度过了一个多月的时间。作为首位进入中国空间站的女航天员，王亚平的一举一动备受大家的关注。 2013年，王亚平乘坐神舟十号载人飞船首次飞入太空。在轨飞行期间，王亚平给我们上了一堂精彩纷呈的太空课。除了有趣的内容深深吸引大家之外，王亚平的美也打动人心，她那由内到外散发出来的自信与美丽让人印象深刻。 无论是神舟十号，还是神舟十三号，王亚平无疑是颜值担当。正所谓“爱美之心人皆有之”，但到了太空中之后，各方面条件受到限制。所以大家可能会好奇，王亚平如何在太空中还能保持这种完美的形象呢？ 通过对比上太空前后的照片，可以看到三位航天员在太空中待了一段时间后，脸部变得圆润起来，其原因并不是他们都吃多长胖了，而是因为太空的失重环境引起脸部出现浮肿。 首先需要明确一点，航天员在太空中失重，并不是不受地心引力的作用。根据万有引力定律，地心引力的大小反比于物体到地心距离的平方。地球表面距离地心大约6371公里，而航天员在太空中离地面的高度大约为390公里，所以这么小的距离变化，不会让引力消失。计算可知，相比在地球表面上，航天员在太空中受到的地心引力作用只变弱了12%。 由于航天员绕着地球快速飞行，近似做圆周运动，速度可达每秒7.7公里，在这么快的速度下，地球对航天员的引力作用刚好充当了圆周运动的向心力，所以航天员感受不到地心引力施加的向下重力加速度，出现失重现象。 在失重的太空中，航天员不需要对抗向下的重力，这会导致身体的肌肉逐渐萎缩，骨质不断流失。失重还会让航天员体内的体液重新分配，一些体液会涌到头部，导致面部出现浮肿。如果航天员不适应太空环境，身体不但不会变胖，可能还会出现体重下降，面部浮肿只是航天员变胖的假象。 王亚平对此很乐观，她表示在太空中，自带美颜效果，人的皮肤在失重环境中就像做了“拉皮”一样，所以太空中的王亚平也依然美丽动人。这是王亚平的太空近照，现在看起来面部浮肿已经好了很多： 说到“天上”，大家可能会想到一个传说：“天上一天，地上一年”。那么，天上的时间真的会变慢吗？航天员在太空中真的会因此而变得更年轻吗？ 事实上，这种现象在理论上确实是可能出现的。该传说涉及到了一个现代物理学概念——时间膨胀效应，时间在不同参照系中的流逝速率并不是完全一样的，这是爱因斯坦相对论的一个重要结论。 根据狭义相对论，相对于静止参照系，运动参照系的时间过得更慢，速度越接近光速，时间越趋于静止。另一方面，根据广义相对论，引力会放慢时间，引力作用越强的地方，时间过得越慢，在拥有极端引力的黑洞附近，时间走得非常慢。 航天员在太空中快速飞行，上面的时间会过得比地球表面上慢。太空中的航天员距离地心更远，受到的引力作用更弱，所以上面的时间会过得更快。那么，航天员的时间究竟是变慢了还是变快了呢？ 根据狭义相对论： 上式中，Δt是地球表面的时间，ΔT是空间站的时间，v是空间站的飞行速度，c是真空中的光速。 代入数据可以算出，地球上每过1秒的时间，空间站上会过0.99999999967秒。因此，地球上每过一天，空间站上的时间会累计变慢大约0.0000285秒，也就是28.5微秒。 根据广义相对论： 上式中，ΔT是距离地心r的时间，Δt0是距离地球引力场无穷远的时间，M是地球质量，G是万有引力常数。 代入数据可得，地球上每过1秒的时间，空间站上会过1.00000000004016秒。因此，地球上每过一天，空间站上的时间会累计变快大约3.5微秒。 综合而言，地球上每过一天，空间站上的时间会累计变慢25微秒。王亚平将会在太空中待半年的时间，到了那时，她身上经历的时间将会比地球上的我们更慢大约0.0046秒，也就是4.6毫秒。因此，从相对论角度来看，王亚平在太空中确实变得更年轻了。 尽管这种时间差异极其微小，在航天员身上的变化可以忽略不计，但对于时间精度要求极高的导航卫星而言，这是不可忽略的。由于相对论的时间膨胀效应，导航卫星上的原子钟每天累计走快大约38微秒，而信号以每秒大约30万公里的速度在天地间传播，所以定位误差每天累计超过10公里，所以必须要消除相对论效应。 此外，通过上述公式可知，如果未来人类可以建造出亚光速飞船，让飞船的速度接近光速，时间膨胀效应将会变得非常强大。如果飞船的速度达到光速的99.5%，宇航员乘坐这样的飞船飞向宇宙，当他在太空中飞行1年后回来，地球上已经是10年之后。 |
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