英國新科學(xué)家zui近在圖片欄目中刊登了一些微重力科學(xué)領(lǐng)域的圖片和簡單的文字介紹，（高溫泵）其中很多內(nèi)容與微重力流體力學(xué)有關(guān)，我們轉(zhuǎn)譯過來與大家分享一下：
1、Marangoni對流
在沒有重力的情況下，表面張力成為流體物理的主宰。在這張?jiān)诳臻g站拍攝的照片中，水好像被一個(gè)看不見的勺子攪動(dòng)后流出金屬圓環(huán)。這種攪動(dòng)效應(yīng)是用閃光燈對水不均勻加熱后形成的——水面的溫度差使表面張力失去平衡，zui終讓水發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。類似這樣由表面張力誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)被稱之為“Marangoni對流”。這種效應(yīng)在地球上沒有這么明顯，但還是可以在諸如鋼水冷卻之類的環(huán)境下觀察到。
2、微重力火焰
微重力條件下的火焰的形狀更圓，同時(shí)火焰溫度更低。在這張對照圖中，正常重力條件下產(chǎn)生的火焰（左側(cè)）和微重力環(huán)境下的火焰（右側(cè)）之間的區(qū)別可謂一目了然。與在地球上不同的是，微重力條件下的低密度熱氣體不會上浮。結(jié)果其它一些物理過程，比如粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散成為主要的流動(dòng)機(jī)理。關(guān)于這一現(xiàn)象的研究揭示出這種現(xiàn)象背后隱藏的更多的物理機(jī)理，對研發(fā)用于未來太空探索任務(wù)的滅火技術(shù)大有幫助。
3、巨型晶體
在微重力環(huán)境下，晶體容易長得更大，比如圖中的沸石立方體晶體就是一個(gè)例子。這是因?yàn)闃?gòu)成晶體的分子原本溶解在溶液中，隨著晶體的不斷增長，溶質(zhì)不斷析出，致使液體密度降低。在地球上，靠近晶體的低密度液體由于浮力作用而向上運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)形成對流，而對流的存在使得晶體表面容易產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致晶體不易長大。在微重力條件下，由于沒有浮力作用，這種效應(yīng)并不存在。（熱水泵）制備更大更純凈的晶體可以幫助科學(xué)家更多地了解晶體的基本結(jié)構(gòu)和特性。比如沸石里面布滿微孔，可用于過濾和儲存物質(zhì)，例如燃料電池中使用的氫。
4、對胚胎的影響
1994年，青鳉魚搭乘“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)進(jìn)入太空，它們是世界上zui早被用于研究胚胎在太空環(huán)境下發(fā)育的動(dòng)物種類之一（圖中是青鳉魚的胚胎）。重力在動(dòng)物生命周期之初扮演怎樣重要的角色仍舊是一個(gè)大謎團(tuán)。在太空出生的青鳉魚長大后的樣子與在地球上出生的同類類似。而對從老鼠到有爪蟾蜍的實(shí)驗(yàn)顯示，失重狀態(tài)對它們的早期發(fā)育產(chǎn)生重要影響，很多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在這種條件下更易于出現(xiàn)畸形。
5、“水熊”
在太空飛行過程中，失重并不是*一個(gè)發(fā)生變化的環(huán)境因素，它們還必須經(jīng)受更大劑量的太陽和宇宙輻射考驗(yàn)。青苔和細(xì)菌在沒有空氣和強(qiáng)輻射的環(huán)境下仍能夠生存下去。迄今為止，只有一種動(dòng)物能夠創(chuàng)造這種生命奇跡，它就是在顯微鏡下才能看到的無脊椎動(dòng)物，也被稱之為緩步動(dòng)物的“水熊”。在2007年歐洲進(jìn)行的一次火箭實(shí)驗(yàn)中，一組緩步動(dòng)物被暴露在太陽強(qiáng)紫外線輻射和太空真空環(huán)境下，另一組則不受輻射侵害，僅暴露在真空環(huán)境下。在經(jīng)受輻射的一組中，只有少數(shù)緩步動(dòng)物能夠生存下來；而在不經(jīng)受輻射只暴露在真空環(huán)境下的一組中，幸存下來的緩步動(dòng)物則很多。
6、對人生理的影響
太空研究的很大一部分內(nèi)容是研究微重力對人體生理的影響。研究證明自由下落能夠影響宇航員對尺寸和距離的判斷，同時(shí)還造成紅細(xì)胞和肌肉質(zhì)量減少，但zui大的影響是對骨骼的影響。即使在高強(qiáng)度鍛煉計(jì)劃下，絕大多數(shù)人身體一些部位（例如臀部）的骨量在每個(gè)月的太空飛行中平均也要減少大約1.5%左右，與絕經(jīng)后女性在一年內(nèi)的流失量差不多。研究人員正設(shè)法降低這種影響，其中一部分內(nèi)容是利用垂直的跑步機(jī)模擬微重力環(huán)境（見上圖）。
7、降低人體免疫力
失重可能使人體被感染的危險(xiǎn)成倍增加。太空飛行似乎能減弱免疫系統(tǒng)，失重可能讓某些微生物變得比在地球上更加致命。在2006年“亞特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)的一次飛行中，鼠傷寒沙門氏菌（圖中以紅色顯式）殺死的老鼠數(shù)量接近地球環(huán)境中的三倍。此外，微重力環(huán)境同樣會提高耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的毒性，這種細(xì)菌是一種對抗生素有*耐受力的細(xì)菌，是在醫(yī)院中引起感染的zui常見的細(xì)菌。目前，一家名為Astrogenetix的公司正在研究這種毒性提高現(xiàn)象，他們希望能將相關(guān)因素孤立出來，以便研發(fā)相應(yīng)的疫苗。
8、輻射對材料的影響
這個(gè)手提箱大小的試驗(yàn)箱看上去像一個(gè)*化妝包，但實(shí)際上這個(gè)試驗(yàn)箱是用來測試輻射對材料的影響的。試驗(yàn)中測試的材料包括陶瓷、孢子等很多材料。*個(gè)“空間站材料試驗(yàn)箱（MISSE）”于2001年被安裝在空間站上。今年的9月1日，“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)上的宇航員從空間站上拆除了第6組實(shí)驗(yàn)箱。NASA在zui近發(fā)表的一份有關(guān)空間站科學(xué)的報(bào)告指出，MISSE可能是迄今為止空間站上成果zui多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
9、微小衛(wèi)星
空間站還以主人身份接待了一大把微小衛(wèi)星，這些微小衛(wèi)星就是一些足球大小的電子裝置，這項(xiàng)工作是一個(gè)名為“同步位置保持與重定向衛(wèi)星（SPHERES）”項(xiàng)目的一部分。圖中這個(gè)三重奏是用來測試衛(wèi)星在zui小人工干預(yù)下進(jìn)行編隊(duì)飛行的控制程序的。獨(dú)立的幾個(gè)衛(wèi)星相互協(xié)調(diào)起來就能成為功能強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡。更好的控制程序能夠讓飛船自動(dòng)對接，這種能力在需要將各種物體在軌道上組裝起來的時(shí)候非常有用。
10、失重環(huán)境下展示回旋鏢
宇航員經(jīng)常在微重力環(huán)境下進(jìn)行各種演示，以便與大眾分享太空飛行給人帶來的激動(dòng)心情，以及展示自由落體狀態(tài)下物體的性質(zhì)。2008年，宇航員土井隆雄在失重環(huán)境下拋出一個(gè)回旋鏢，看它能否飛回自己手中。結(jié)果回旋鏢飛了回來，這是因?yàn)榛匦S環(huán)形的飛行線路是由回旋鏢上空氣動(dòng)力不平衡決定的，而不是重力決定的。2009年初，另一位宇航員若田光一按照公眾的建議完成了一系列任務(wù)，其中包括駕駛飛毯、疊衣服以及滴眼藥水。
更新時(shí)間：2011-11-28
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