太空環境

在太空中，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。

基本介紹

• 中文名：太空環境
• 對流層：（海平面至10千米
• 平流層：(10～40千米)、
• 中間層：(40～80千米

簡介

自宇宙大爆炸以後，隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低，現在，太空已成為高寒的環境，平均溫度為零下270.3℃。

在太空中，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。如太陽有太陽電磁輻射，太陽宇宙線輻射和太陽風，太陽宇宙線輻射是太陽在發生耀斑爆發時向外發射的高能粒子，而太陽風則是由日冕吹出的高能電漿流。

許多天體都有磁場，磁場俘獲上述高能帶電粒子，形成輻射很強的輻射帶，如在地球的上空，就有內外兩個輻射帶。由此可見，太空還是一個強輻射環境。

太空還是一個高真空，微重力環境。重力僅為百分之一到十萬分之一g (g-重力加速度) ，而人在地面上感受到的重力是1g。

界限劃定

物理學家將大氣分為5層：

）、)、熱成層(電離層，80～370千米)和外大氣層(電離層，370千米以上)。

地球上空的大氣約有3/4在對流層內，97%在平流層以下，平流層的外緣是航空器依靠空氣支持而飛行的最高限度。

某些高空火箭可進入中間層。人造衛星的最低軌道在熱成層內，其空氣密度為地球表面的1%。

在1.6萬千米高度空氣繼續存在，甚至在10萬千米高度仍有空氣粒子。從嚴格的科學觀點來說，空氣空間和外層空間沒有明確的界限，而是逐漸融合的。

聯合國和平利用外層空間委員會科學和技術小組委員會指出，目前還不可能提出確切和持久的科學標準來劃分外層空間和空氣空間的界限。近年來，趨向於以人造衛星離地面的最低高度(100～110)千米為外層空間的最低界限。

環境特點

據第一段說：“自宇宙大爆炸以後，隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低。”雖然隨後有恆星向外輻射熱能，但恆星的數量是有限的，而且其壽命也是有限的，所以宇宙的總體溫度是逐漸下降的。經過100多億年的歷程，太空已經成為高寒的環境。對宇宙微波背景輻射(宇宙大爆炸時遺留在太空的輻射)的研究證明，太空的平均溫度為零下270.3℃。

在太空中，不僅有宇宙大爆炸時留下的輻射，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。例如，銀河系有銀河宇宙線輻射，太陽有太陽電磁輻射、太陽宇宙線輻射(太陽耀班爆發時向外發射的高能粒子)和太陽風(由太陽日冕吹出的高能電漿流等。許多天體都有磁場，磁場俘獲上述高能帶電粒子，形成輻射性很強的輻射帶，如在地球的上空，就有內外兩個輻射帶。由此可見，太空還是一個強輻射環境。宇宙大爆炸後，在宇宙中形成氫和氦兩種元素，其中氫占3/4，氦占1/4。後來它們大多數逐漸凝聚成團，形成星系和恆星。恆星中心的氫和氦遞次發生核聚變，生成氧、氮、碳等較重的元素。在恆星死亡時，剩下的大部分氫和氦以及氧、氮、碳等元素散布在太空中。其中主要的仍然是氫，但非常稀薄，每立方厘米只有0.1個氫原子，在星際分子區中稍多一些，每立方厘米約1萬個左右。

太空環境除有超低溫、強輻射和高真空等特點外，還有高速運動的塵埃、微流星體和流動星體。它個具有極大的動能，1毫克的微流星體可以穿透3毫米厚的鋁板。

比較

天體上的環境與太空環境比較

隨著航天事業的發展，在太空中廢棄的人造地球衛星等太空飛行器也逐漸增多，還有進入軌道的上面級火箭。它們有的被人為遙控炸毀，有的自行分裂成碎片。這些碎片將在一定的時間內繼續繞地球飛行，在太空形成新的環境特點，即“太空垃圾”。太空垃圾的運行速度也較高，對使用中的太空飛行器造成撞擊威脅。地球之外各天體上的環境，不像太空空間環境那樣千篇一律。就太陽系來說，各行星、衛星上環境也很不相同。它們有的沒有大氣(如水星、月球)，有的有稀薄的大氣如火星)，有的有濃密的大氣(如金星、木星)，而大氣的成份也各不相同，如金星大氣主要是二氧化碳，木星大氣主要是氫，有的有磁場，有的有固體表面(如水星、金星、火星、月球)，有的沒有固體表面（如木星、天王星、海王星)，有的表面溫度很高(如金星高達470℃)，有的表面溫度極低(如冥王星最低達-253℃)，彗星則完全是塵埃冰塊組成的，如此等等。需要對具體天體來具體分析。

太空飛行器獨特的環境

在太空飛行的太空飛行器，除遇到上述自然環境外，還有獨特的誘導環境，即在太空環境作用下、太空飛行器某些系統工作時所產生的環境。它主要有以下幾種。

極端溫度環境。太空飛行器在太空真空中飛行，由於沒有空氣傳熱和散熱，受陽光直接照射的一面，可產生高達100℃以上的高溫。而背陰的一面，溫度則可低至 -100℃~ -200℃。

高溫、強振動和超重環境。太空飛行器在起飛和返回時，運載火箭和反推火箭等點火和熄火時，會產生劇烈的振動。太空飛行器重返大氣層時，高速在稠密大氣層中穿行，與空氣分子劇烈摩擦，使太空飛行器表面溫度高達1000℃左右。太空飛行器加速上升和減速返回時，正、負加速度會使太空飛行器上的一切物體產生巨大的超重。超重以地球重力平均加速度（其符號為"g"，g 約為9.8米/平方秒 ）的倍數來表示。載人太空飛行器上升時的最大超重達8g，返回時達10g，衛星返回時的超重更大些。

失重和微重力環境。太空飛行器在太空軌道上作慣性運動時，地球或其他天體對它的引力（重力）正好被它的離心力所抵消，在它的質心處重力為零，即零重力，那裡為失重環境。而質心以外的太空飛行器上的環境，則是微重力環境，那裡的重力非常低微。

失重和微重力環境是太空飛行器上最為寶貴的獨特環境。在失重和微重力環境中，氣體和液體中的對流現象消失，浮力消失，不同密度引起的組分分離和沉浮現象消失，流體的靜壓力消失，液體僅由表面張力約束，潤濕和毛細現象加劇等等。總之，它造成了物質一系列不可捉摸的物理特性變化，提供了一種極端的物理條件。利用這些地面上難得的環境條件，可進行許多地面上難以進行的科學實驗，生產地面上難以生產的特殊材料、昂貴藥品和工業產品等。

神七飛行期間

神七飛行期間太空環境整體良好

中國科學院空間環境研究預報中心經過5個多月的精確計算與分析，認為神舟七號載人航天飛行期間太空環境整體良好。

空間環境分析預報顯示，近兩到三年都處於太陽活動低年時期，太陽沒有大的能量釋放與爆發，地球空間也相對平靜，適合開展載人航天活動。

對於將於25日發射的神舟七號載人飛船，一個好的空間環境是非常關鍵的。如果遇到高能粒子輻射、低磁場等災害性空間環境事件，航天員的生命安全將受到威脅。

針對神七飛行，中國科學院空間環境研究預報中心主任龔建村介紹說，空間環境受多方面因素影響，其中最主要的自然因素是太陽活動。每隔11年太陽會從活動頻繁到相對平靜的狀態相互轉換，在太陽活動頻繁的時期，會突然發生空間環境災害性事件。

中國科學院空間環境研究預報中心提前5個月就開始對空間環境進行綜合分析並進行預報，在工程選擇的範圍內推薦和建議任務時段。

如果確實出現惡劣的太空環境，預報中心會建議縮短或改變任務時間，甚至取消任務。

2008年4月底，預報中心做了第一次預報，此後他們對預報不斷修正，臨近飛船發射時，預報頻率加大到每天一次。

龔建村說：“從神一到神六，每次都是這樣做的，因為越接近任務時間，預報結果越準確，所以必須不斷修正預報結果。”

龔建村還介紹，現在是太陽活動低年，按照11年一個周期來計算，接下來太陽活動就會上升到高年。這也就意味著未來載人航天的很多任務要面臨更惡劣的環境，那個時候空間環境保障任務就會變得更加艱巨。

危害

澳大利亞一項最新研究發現人類幹細胞在模擬微重力環境下與正常條件下發育表現大不相同。這項發現可能會對空間移民和長期空間飛行具有重大意義。澳大利亞研究人員利用NASA開發的旋轉容器模擬微重力環境，發現人類幹細胞蛋白質的表達與在地球重力下有很大差異。微重力細胞中有大約64%的蛋白質在對照模式組中沒有出現。微重力細胞中包含的涉及骨質損壞和控制鈣的蛋白質在平常的地球重力細胞中都不存在。胚胎幹細胞可以分化身體數百種細胞類型中的任何一種。21歲的伊莉莎白·布拉韋爾（Elizabeth Blaber）是此項研究的參與者，上月他們在休斯敦舉行的太空生物學會議上發表了一篇論文。

空間旅行會損害人的身體，太空人在外太空會表現出肌肉萎縮、骨質疏鬆和心率過慢等症狀。悉尼新南威爾斯大學的布倫丹·伯恩斯（Brendan Burns）領導的這個研究團隊表示，研究人員已經在此領域開展了大量研究工作，但是在細胞層面所做的工作還比較少。

研究意義

發現幹細胞在微重力作用下表達不同的蛋白質可以幫助解釋成年人的肌肉和骨胳變化。研究還發現幹細胞中抗氧化劑水平會隨著時候的推移而降低，這可以解釋為什麼在太空中傷口癒合非常緩慢。

上個月發現號太空梭升空攜帶的鼠幹細胞實驗已經從國際空間返回，當研究人員仔細審閱實驗結果後，將有更多的太空幹細胞研究信息發布。在此項太空實驗中，老鼠幹細胞被放置在一個小型反應容器內，並提供條件讓它們能夠分化。在地球上，老鼠幹細胞是研究幹細胞分化和發育的模型。NASA的研究人員仍然在分析結果。

儘管成人體內沒有胚胎幹細胞，但是這類研究對理解在太空中生活對身體健康的影響非常重要，或許將來會對人類在太空生育後代有意義。